Matériaux poreux & architecturés, mousses

De par leur conception, les matériaux poreux architecturés présentent des caractéristiques thermo-mécaniques leur permettant de combiner plusieurs fonctionnalités et donc de répondre simultanément à de multiples besoins industriels (performances thermiques, légèreté, solidité…)
EC2 possède une expertise dans le domaine de la caractérisation et la modélisation de ce type de matériaux poreux, et plus spécifiquement des mousses de faibles densités. Cette expertise dans le comportement thermique et mécanique de ces milieux autorise :

• La modélisation de leur comportement thermo-mécanique à l’échelle mésoscopique
• L’analyse de leur comportement à l’échelle macroscopique (échelle d’une structure), à partir de maillages mésoscopiques
• La simulation des transferts couplés par conduction-rayonnement qui interviennent dans ces milieux semi-transparents
• La simulation de leur vieillissement thermique due à la diffusion gazeuse
• L’élaboration de lois de comportement mécanique spécifiques adaptées à ces matériaux

Ces caractérisations peuvent être approfondies par des campagnes d’essais menées en partenariat avec les laboratoires d’essais Mécanium (essais thermo-mécaniques) et Influtherm(mesures thermiques) ou avec d’autres laboratoires (essais de vieillissement). EC2-Modélisation met également à disposition pour les industriels et universitaires son haut niveau d’expertise en développant et commercialisant le logiciel MODelia ® dédié à la prédiction des comportements thermiques (radiatifs et conductifs) de matériaux poreux. Pour soutenir vos efforts de recherche et d’innovation, notre bureau d’études bénéficie de l’agrément Crédit Impôt Recherche (CIR) et Crédit Impôt Innovation (CII).

Développement de lois matériaux mécaniques

La méthode de caractérisation combinant essais et simulation numérique comporte quatre étapes :

• Génération d’un maillage à l’échelle mésoscopique à partir d’une image tomographique 3D (partenariat avec le laboratoire MATEIS de l’INSA de Lyon)

• Identification et/ou validation des propriétés de la phase solide par comparaison essais-calculs

• Analyse, caractérisation et optimisation des propriétés de la mousse à l’aide du modèle numérique mésoscopique. Prédiction et analyse du comportement de la mousse pour des sollicitations complexes (chargements triaxiaux, torsion, cisaillement et traction, couplages thermo-mécaniques, …) là où l’expérimental connaît des limites

• Introduction des caractéristiques thermo-mécaniques dans des modèles macroscopiques pour le calcul de structures

Nos compétences à haute valeur ajoutée dans la simulation et la mesure des échanges thermiques par conduction /rayonnement dans les milieux poreux

EC2 Modélisation bénéficie d’une expertise pointue et unique dans le domaine des transferts de chaleur couplés conduction/rayonnement dans les milieux poreux et composites. Cette compétence concerne à la fois la modélisation directe des propriétés conductives et/ou radiatives des matériaux cellulaires à partir de leur microstructure mais également leur identification à partir de mesures indirectes (thermogrammes FLASH, mesures Fil-Chaud, méthode HOT-DISK, mesures spectrométriques…) Les études menées par EC2-Modélisatrion sur différents matériaux (lits de billes, mousses polymères, mousses métalliques-céramiques, milieu fibreux, matériaux nano-structurés) et à travers différentes méthodes de mesure indirectes des propriétés thermiques ont fait l’objet de plusieurs publications dans des revues internationales à comité de lecture. En partenariat avec différents manufacturiers d’isolants thermiques, EC2 a déjà contribué à plusieurs projets visant à développer de nouveaux matériaux isolants hautes performances (super-isolants nanostructurés, mousses polymère chargées/opacifiées …) ou à améliorer les méthodes de caractérisation des performances thermiques des isolants. La problématique du vieillissement thermique des matériaux poreux contenant un mélange gazeux autre que l’air constitue également un enjeu important dans l’amélioration des performances thermiques et pour lequel EC2 bénéficie d’une expérience reconnue. EC2 est en mesure de modéliser de manière très précise ce phénomène du à la diffusion des espèces gazeuses à travers la matrice poreuse en recourant aux outils évoqués précédemment (utilisation de tomographie 3D, méthode de génération cellulaire de type Voronoi) pour les problématiques plus classiques

L’ outil-métier MODelia ® à votre disposition pour prédire les transferts thermiques dans les matériaux poreux

Les recherches approfondies d’EC2-Modélisation ont abouti, grâce aux travaux de Rémi Coquard, à la mise au point du logiciel MODelia® ayant pour but de prédire par simulation les propriétés thermiques des matériaux poreux cellulaires (mousses). Ce logiciel est le fruit de nombreuses années de recherche menées dans le domaine des transferts de chaleur dans les milieux semi-transparents. MODelia® constitue ainsi un outil idéal pour comprendre les mécanismes de transferts de chaleur et ainsi prédire et/ou optimiser les caractéristiques d’isolation des milieux cellulaires de fortes porosités (ε>0.8). Il s’adresse avant tout aux professionnels (industriels, fabricants et/ou utilisateurs) des matériaux de type « mousses », mais également aux chercheurs et aux universitaires travaillant sur ce types de matériaux.
MODelia® permet notamment de calculer l’évolution de conductivité équivalente kequ mais également la conductivité effective k_eff ainsi que les propriétés radiatives (valeurs spectrales des coefficients d’extinction β_λ, d’absorption κ_λ et de diffusion σ_λ ; fonction de phase de diffusion P_λ(θ)).
MODelia® permet également d’effectuer les calculs de propriétés thermiques sur des structures poreuses reconstituées directement à partir de tomographies 3-D de mousses existantes ou sur des structures représentatives générées numériquement (Méthode de Voronoi) à partir de la distribution de tailles de cellule et de la répartition de la phase solide dans la cellule. Il est donc particulièrement adapté aux études paramétriques (porosité, granulométrie, forme des cellules, pores fermés ou ouverts, propriétés des constituants fluides et solides) visant à l’optimisation des matériaux.

Pour en savoir plus sur cet outil découvrez la page spécialement dédiée à MODelia® sur notre site internet.