• Langue : Anglais
• Discipline : Génie des matériaux
• Identifiant : 2025ULILN025
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 17/11/2025

Résumé en langue originale

Cette thèse de doctorat est axée sur le développement de membranes nanofibreuses électrofilées conçues pour améliorer le confort thermique personnel par le contrôle passif du rayonnement thermique. Étant donné que le rayonnement représente près de 50 % des pertes de chaleur du corps, le contrôle du rayonnement thermique offre une solution efficace et sans énergie pour maintenir l'équilibre thermique. L'objectif principal de ce travail était de concevoir et de fabriquer des membranes capables soit de réfléchir, soit d'absorber le rayonnement thermique, permettant respectivement le chauffage radiatif ou le refroidissement radiatif. Un aspect distinctif de ce travail est l'examen des effets du diamètre des nanofibres et de la concentration en particules sur les propriétés optiques et thermiques des membranes électrofilées.Pour les membranes réfléchissantes au rayonnement, des nanofibres de polyacrylonitrile (PAN) incorporant des particules d'argent (Ag) ou d'oxyde de zinc (ZnO) ont été électrofilées. Il a été démontré que les particules de ZnO pouvaient être incorporées avec succès jusqu'à 70 % en poids de PAN dans des nanofibres fines (510±64 nm) et grossières (643±59 nm), tandis que les particules d'Ag pouvaient être incorporées jusqu'à 50 % en poids dans des nanofibres fines et 40 % dans des nanofibres grossières. Les résultats ont révélé que les membranes contenant des particules d'Ag présentaient une réflectance au rayonnement thermique nettement supérieure à celles contenant du ZnO. Des concentrations plus élevées d'Ag et de ZnO ont conduit à une amélioration de la réflexion du rayonnement. De plus, les nanofibres grossières ont montré une réflectance plus élevée que les plus fines à la même concentration en particules, soulignant l'influence du diamètre des nanofibres.Pour les membranes absorbantes au rayonnement, des nanofibres de polyfluorure de vinylidène (PVDF) incorporant des particules de dioxyde de silicium (SiO2) ont été électrofilées. Un autre aspect distinctif de ce travail est l'optimisation des conditions d'électrofilage du PVDF en utilisant la méthodologie de surface de réponse (RSM) avec un plan de Doehlert. Les nanofibres de PVDF pur et celles chargées de SiO2 ont toutes deux démontré la capacité d'absorber le rayonnement thermique, confirmant leur potentiel pour le refroidissement radiatif. L'augmentation de la concentration en SiO2 a renforcé cette capacité d'absorption.Dans l'ensemble, ces membranes constituent des couches textiles légères, minces, flexibles et respirantes, pouvant être intégrées aux vêtements conventionnels afin d'améliorer le confort thermique personnel.

Résumé traduit

This Ph.D. thesis focused on the development of electrospun nanofibrous membranes designed to improve personal thermal comfort through the passive control of thermal radiation. Since radiation accounts for nearly 50% of the body's heat loss, controlling thermal radiation offers an effective and energy-free solution for maintaining thermal balance. The main objective of this work was to design and fabricate membranes capable of either reflecting or absorbing thermal radiation, enabling radiative heating or radiative cooling, respectively. A distinctive aspect of this work is the examination of the effects of nanofiber diameter and particle concentration on optical-thermal properties of electrospun membranes.For the radiation-reflective membranes, polyacrylonitrile (PAN) nanofibers incorporated with silver (Ag) or zinc oxide (ZnO) particles were electrospun. It was demonstrated that ZnO particles could be successfully incorporated up to 70 wt.% of PAN in both thin (510±64 nm) and coarse (643±59 nm) nanofibers, whereas Ag particles could be incorporated up to 50 wt.% in thin nanofibers and 40 wt.% in coarse nanofibers. The results revealed that membranes containing Ag particles showed significantly higher thermal radiation reflectance than those containing ZnO. Higher concentrations of Ag and ZnO led to improved radiation reflection. Moreover, coarse nanofibers exhibited greater reflectance than thinner ones at the same particle concentration, highlighting the influence of nanofiber diameter.For the radiation-absorptive membranes, polyvinylidene fluoride (PVDF) nanofibers incorporated with silicon dioxide (SiO2) particles were electrospun. Another distinctive aspect of this work is the optimization of PVDF electrospinning conditions using Response Surface Methodology (RSM) with a Doehlert design. Both pure PVDF nanofibers and SiO2-loaded PVDF nanofibers demonstrated the ability to absorb thermal radiation, confirming their potential for radiative cooling. Increasing the concentration of SiO2 enhanced this absorption capability.Overall, these membranes provide lightweight, thin, flexible, and breathable textile layers that can be integrated into conventional clothing to enhance personal thermal comfort.