L’aérogel est un matériau avancé qui détient 15 entrées dans le livre Guinness des records pour des propriétés telles que le solide de densité la plus faible et le meilleur isolant. C’est une substance à base de silice, constituée d’un réseau dendritique lâche de l’atome de silicium. L’aérogel est fabriqué en retirant délicatement le liquide, généralement de l’éthanol, d’un alcogel de silice, en le remplaçant par rien d’autre que de l’air, qui représente 99.8 % du produit final. Certains aérogels ont une densité aussi faible que 001 gramme par centimètre cube (0005 once par pouce cube).
La sensation tactile de l’aérogel est comme celle de la mousse plastique dure. Son apparence physique est semi-transparente comme celle du brouillard solidifié, ce qui lui a valu le surnom de fumée glacée. L’aérogel se brise facilement, ce qui le rend inadapté comme isolant autonome pour les fenêtres, mais il peut supporter jusqu’à 2000 fois son propre poids. Il est très cher en raison des produits chimiques et des processus sous-jacents à sa fabrication, coûtant jusqu’à 300 $ le pouce cube (2.54 centimètres cubes), bien que les prix baissent. Différentes variétés d’aérogel existent, avec des couleurs et des forces légèrement différentes, en fonction des variations dans le processus de fabrication.
L’aérogel a été créé par Steven Kistler en 1931, mais ses applications n’ont été véritablement réalisées que dans les années soixante et soixante-dix. Les années 1980 ont vu un renouveau dans le domaine des aérogels, avec des institutions de premier plan telles que la NASA et Berkeley Labs travaillant sur la recherche dans le domaine. Ils ont été considérés comme un substitut à la mousse de polyuréthane dans les réfrigérateurs et comme isolant pour les fenêtres. L’aérogel a été utilisé dans les missions spatiales de la NASA pour capturer des particules de micrométéorites à étudier sans endommager leur structure.
L’aérogel est produit en libérant toute l’eau d’un gel de silice colloïdal sans perturber sa structure globale. Lorsque les gels meurent à des températures et des pressions normales, la tension superficielle dans les minuscules pores du gel provoque la constriction de la structure et se réduit à environ 10 fois son volume d’origine. Dans la fabrication d’aérogel, un gel est placé dans un récipient à haute température (280°C ou 536°F) et pression (1800 livres par pouce carré, ou 1241 Newtons par centimètre carré). Cela amène le liquide à l’intérieur du gel à entrer dans un état supercritique, permettant une transition de phase du liquide au gaz sans le rétrécissement qui l’accompagne, ce qui provoque l’effondrement d’une fine structure de gel. Ce processus est connu sous le nom de séchage supercritique. Au début, le processus prenait des jours pour créer des aérogels, mais les améliorations ont réduit le temps de séchage à quelques heures. Le processus est encore énergivore, ce qui conduit au coût élevé des aérogels.
Les aérogels sont vraiment considérés comme un matériau de l’ère spatiale, un arrangement avancé de matière sans analogue par nature. Il pourrait un jour être utilisé dans une gamme d’applications allant de l’isolation des logements à de nouvelles formes d’œuvres d’art. De nombreux jeunes chercheurs se concentrent sur ce sujet, mélangeant l’aérogel avec des additifs tels que le carbone pour augmenter ses propriétés isolantes, ou travaillant à minimiser la taille des pores pour rendre l’aérogel aussi transparent que possible. Il existe de nombreuses pistes de recherches futures et de nombreuses applications potentielles si ces recherches portent leurs fruits.