Géopolymères - Précurseurs et propriétés

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.