Cette thèse a pour objectif de moduler la nanoporosité et la densité de gels Résorcinol-Formaldéhyde (RF) afin d’étudier leurs performances dans des applications industrielles telles que les supercondensateurs ou les matériaux d’isolation thermique. En effet, c’est leur texture, et plus particulièrement leur porosité, qui confère à ces matériaux de telles propriétés. Ce travail de thèse a consisté à étudier les paramètres de synthèse des systèmes RF en ajoutant un additif et à utiliser de nouveaux précurseurs. Notre choix s’est d’abord porté sur un polyélectrolyte cationique qui est susceptible de modifier les mécanismes de synthèse des gels ainsi que leur procédé de fabrication. Dans un second temps, l’emploi de nouveaux précurseurs a ouvert de nouvelles possibilités de synthèse de ces matériaux. Enfin, l’aspect sécuritaire du procédé a été abordé afin d’évaluer tous les risques liés à la synthèse de gels RF pour faciliter le transfert du procédé à plus grande échelle. / The objective of this thesis is to modulate the nanoporosity and the density of Resorcinol-Formaldehyde (RF) gels in order to study their performances in industrial applications such as supercapacitors or thermal insulation materials. Indeed, it is their texture and more particularly their porosity which give these materials such properties. This thesis work consisted in studying synthesis parameters of RF systems by adding an additive and using new precursors. We chose a cationic polyelectrolyte which is likely to modify the synthesis mechanisms of the gels as well as their elaboration process. In a second time, the use of new precursors offered new possibilities of synthesis of these materials. Finally, process security was discussed in order to evaluate all risks linked to RF gels synthesis in order to facilitate the scaling-up of the process.

Les superisolants thermiques sont largement étudiés car il permettraient de réduire les émissions de $\mathrm{CO}_2$. Nous voulons modéliser les propriétés radiatives de matrices nanoporeuses de silice qui sont les composants majeurs de ces matériaux. Des échantillons ont été fabriqués puis caractérisés sur la plage de longueur d'onde [250~nm ; 20~mm]. Nous avons ensuite calculé leurs propriétés radiatives avec une méthode inverse. Les échantillons étant constitués de particules quasisphériques, nous avons modélisé leurs propriétés radiatives avec la théorie de Mie. La notion de diffuseur représentatif nous permet d'obtenir un accord satisfaisant sur l'ensemble de la plage de longueurs d'onde étudié, sauf aux petites longueurs d'onde (\(\lambda \leq 1\, \mu \mathrm{m}\)) car la théorie de Mie ne peut pas prendre en compte la structure des agrégats. Nous avons donc développé un code basé sur l'approximation dipolaire discrète qui améliore les résultats, les calculs se basant sur des agrégats générés avec différents algorithmes.

Les aérogels de silice sont des matériaux nanoporeux ayant des propriétés physiques remarquables. Leur performance thermique pourrait intéresser le domaine de la superisolation des bâtiments. Une étude approfondie des transferts conductifs dans ces milieux a été menée numériquement et expérimentalement.<br /><br />Sous forme monolithique, les aérogels de silice sont des matériaux autosimilaires constitués d'air piégé dans des nanopores et qui présentent une grande tortuosité du squelette solide. La modélisation des transferts conductifs à partir de l'équation de diffusion thermique en deux dimensions a été réalisée sur des géométries originales et représentatives de la structure interne. Plusieurs types de géométries ont été testés. Celles qui donnent le meilleur compromis sont des pavages périodiques dont l'élément générateur est un flocon de Von Koch, fractale déterministe.<br /><br />A partir des résultats obtenus sous forme monolithique à l'échelle du pore, les transferts conductifs d'empilements granulaires réguliers ont été étudiés à l'échelle macroscopique et en deux dimensions. L'approche originale vient de la prise en compte de la résistance de contact entre les grains dans le modèle numérique. Une analyse paramétrique est alors proposée en utilisant la méthode des plans d'expériences.<br /><br />Afin de confronter les résultats des modélisations numériques pour les matériaux sous forme monolithique et granulaire, un dispositif expérimental du film chaud, mince et gardé a été mis en place. Il permet de caractériser la conductivité thermique et d'analyser son comportement en fonction de la pression de l'air dans les pores et de la force exercée sur l'échantillon.