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Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Les géopolymères sont des aluminosilicates alcalins synthétisés à basse température dont les propriétés d’usage peuvent être contrôlées par la composition chimique. Le panel de matières premières minérales de sources géologiques différentes induit des propriétés physico-chimiques (rapport molaire Si/Al) et des structures variables conduisant à des réactivités différentes en milieu alcalin. Il en est de même pour les solutions de silicates alcalins de rapport molaire Si/M (M= cation alcalin) et de teneur en eau différents. Ces paramètres sont présentés dans cet article afin de comprendre leur impact sur les réactions de polycondensation qui gouvernent les propriétés d’usage.
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Geopolymers are alkaline aluminosilicates synthesized at low temperature. Their working properties can be controlled by the chemical composition. The panel of mineral raw materials from different geological sources leads to variable physico-chemical properties (Si/Al molar ratio) and structures inducing different reactivities in alkaline media. Similarly, the alkaline silicate solutions are defined by different molar ratio Si/M (M= alkaline cation) and water content. These parameters are presented in this article in order to understand their impact on the polycondensation reactions which govern the working properties.
Auteur(s)
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Sylvie ROSSIGNOL : Professeur IRCER : Institut de recherche sur les céramiques (UMR7315), 12, rue Atlantis, 87068 Limoges Cedex, France
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Ameni GHARZOUNI : Docteur IRCER : Institut de recherche sur les céramiques (UMR7315), 12, rue Atlantis, 87068 Limoges Cedex, France
INTRODUCTION
La prise de conscience grandissante de la nécessité de réduire l’impact environnemental et la consommation d’énergie des matériaux a contribué à la mise au point de matériaux alternatifs moins énergivores et peu polluants tels que les matériaux consolidés à froid. Parmi ces matériaux, on peut distinguer les matériaux de type sol-gel ; les sols stabilisés ; les liants hydrauliques ; et les géopolymères. Plus particulièrement, les matériaux géopolymères de type aluminosilicate, synthétisés à basse température (< 100 °C), s’intègrent parfaitement dans une démarche de développement durable. Le terme « géopolymère » a été introduit en 1972 par le chimiste français Joseph Davidovits pour désigner des matériaux à base de matières premières d’origine géologique et se consolidant à froid par des réactions de type polymérisation. Ces matériaux sont synthétisés à partir d’une source aluminosilicatée et d’une source alcaline ou acide. La voie alcaline est la plus utilisée et la plus developpée au niveau de la recherche et de la commercialisation. Il s’agit d’une composition issue de matières minérales disponibles en quantités importantes et facilement recyclables. Ces matériaux sont caractérisés par une structure tridimensionnelle amorphe et possèdent des propriétés mécaniques et thermiques intéressantes. On peut aussi modifier leurs formulations en ajoutant des renforts et des charges pour leur apporter de nouvelles propriétés. Ces propriétés remarquables permettent de couvrir un large éventail d’applications. En effet, les géopolymères peuvent être une alternative moins énergivore au ciment Portland pour des applications dans le domaine de la construction et du bâtiment, comme mortier de réparation ou revêtement pour la construction navale. Ils peuvent être également utilisés comme des matériaux résistants au feu et des isolants thermiques, ou pour l’encapsulation des déchets toxiques ou radioactifs.
Depuis 2010, les géopolymères ont suscité un intérêt croissant des chercheurs et des industriels. En effet, de nombreux travaux ont été menés sur ce type de matériaux par les communités scientifiques nationales et internationales. Les principaux acteurs scientifiques sont la Chine, l’Inde, l’Australie et les États-Unis. En France, depuis une quinzaine d’années, des travaux sur la compréhension des matières premières pour une propriété donnée sont menés au sein de l’Institut Géopolymère et de différents centres de recherche, tel le Groupement d’Intérêt Scientifique Géopolymères, Géocomposites, Géomatériaux à base d’argile.
Dans cet article, le lecteur trouvera des informations sur le rôle déterminant des matières premières afin de pouvoir prédire le procédé et, par la suite, la propriété désirée pour des matériaux géopolymères en voie basique. Dans chaque partie relative aux caractéristiques des matières premières et des propriétés présentées, il sera précisé le rôle et l’impact d’une matière première. De par la diversité des matières premières utilisables naturelles (argiles), synthétiques (métakaolin) ou recyclables (fumée de silice), il faut déterminer les paramètres clés qui régissent la réactivité des matières premières utilisées et comprendre leur effet sur le mélange cru et consolidé.
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KEYWORDS
geopolymer | alkaline silicates | metakaolin | working properties
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Présentation
Conclusion
En anglais
8. Aspects environnementaux
Cette partie est dédiée à la présentation du bilan carbone de certaines matières ainsi qu’à une comparaison entre plusieurs matériaux consolidés à froid. Ces données sont issues d’une plateforme Perceval , d’un document sur les ciments bas carbone et d’une étude d’un cycle de vie sur les solutions de silicates . Le tableau 3 montre que le ciment Portland est le plus émetteur en CO2.
Les calculs fondés sur ces données kg de CO2 eq · t–1 et kg de CO2 eq · m–3 en prenant en compte les masses volumiques permettent de montrer qu’il est important de comparer ces matériaux en fonction de leurs propriétés et donc de leur utilisation (figure 23). Le bilan en CO2 révèle un avantage pour les matériaux géopolymères qui s’avèrent à chaque fois moins énergivores.
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Les liants géopolymères sont des matériaux de faible impact environnemental.
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Aspects environnementaux
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KOUASSI (S.S.) - Étude de la dissolution d’un réseau silicaté en présence d’une solution alcaline. - Université de Limoges, Thèse de doctorat (2011).
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(2) - PAUL (A.) - Chemistry of glasses. - New York, Chapman and Hall (1982).
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(3) - ENGELHARD (G.), ZEIGAN (D.), JANCKE (H.), HOEBBEL (D.), WEIKER (Z.) - High resolution 29Si NMR of silicates and Zeolites. - Anorg. Allg. Chem., 418, p. 17-28 (1975).
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(4) - HARRIS (R.K.), O’CONNOR (M.J.), CURZON (E.H.), HOWARTH (O.W.) - Two-dimensional silicon-29 NMR studies of aqueous silicate solutions. - J. Magn. Reson., 57, p. 115-122 (1984).
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(5) - HUNT (D.), KAVNER (A.), SCHAUBLE (E.A.), SNYDER (D.), MANNING (C.E.) - Polymerization of aqueous silica in H2O-K2O solutions at 25-200 °C and 1 bar to 20 kbar. - Chemical Geology, 283, p. 161-170 (2011).
-
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Standard Test Methods for Compressive Strength of Molded Soil-Cement Cylinders - ASTM D 1633 - 01-17
-
Méthodes d’essais des ciments – Détermination du retrait et du gonflement - NF P15-433 - 02-94
-
Pierre agglomérée – Méthodes d’essai – Partie 5 : Détermination de la résistance au gel et au dégel - NF EN 14617-5 - 07-12
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