Bibliographie sur les géopolymère

Bibliographie : Géopolymère, solution d’activation, précurseur, matières premières utilisés pour les géopolymères

Kamal Bouassria

Thèse Raphaelle Pouhet :

Qu’est-ce qu’un géopolymère ?

Les géopolymères appartiennent à la famille des matériaux activés par les alcalis, qui, contrairement aux matériaux cimentaires, nécessitent des alcalis pour durcir. Le terme "géopolymère" a été inventé dans les années 1970 par le scientifique et ingénieur français Joseph Davidovits et désigne les polymères inorganiques d'alumino-silicate obtenus par activation d'une source d'alumino-silicate à faible teneur en calcium par une solution d'hydroxyde alcalin à température ambiante. Ces matériaux sont constitués d'unités tétraédriques qui sont alternativement liées à des précurseurs polymères en partageant des atomes d'oxygène et pour lesquels une nomenclature chimique existe. Le terme poly(sialate) existe pour les désigner, c’est une abréviation de silico-oxo-aluminate.

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Thèse Asmaa Kaddami :

Qu’est-ce qu’un géopolymère ?

Le terme géopolymère a été introduit dans les années 70 par le scientifique français et
l’ingénieur Joseph Davidovits. Il est appliqué à une classe de matériaux inorganiques solides
synthétisés par la réaction chimique entre une poudre d’aluminosilicates et une solution alcaline à
température ambiante.

Explication structurelle du géopolymère :

Le géopolymère à base de métakaolin est un système modèle qui convient aux études
expérimentales ayant pour but de comprendre les mécanismes de géopolymérisation, car il
contient peu d’impuretés. Les premières études de Davidovits ont, en effet, porté sur la réaction d’un métakaolin avec une solution d’hydroxyde alcalin ou de silicate alcalin [39]. Les
mécanismes révélés par la géopolymérisation du métakaolin peuvent servir pour comprendre des systèmes plus complexes à base d’autres matériaux.

La silice (SiO2) et l’alumine (Al2O3) présents dans le matériau précurseur réagissent dans
le milieu très alcalin, et s’organisent dans une structure 3D en partageant des atomes d’oxygène,
et en formant des liaisons du type Si-O-Al-O ; Si-O-Al-O-Si-O ou Si-O-Al-O-Si-O-Si-O [37].
Ainsi, la structure fondamentale du géopolymère est un réseau tridimensionnel constitué d’un
assemblage de tétraèdres de SiO4 et de MAl2O4 (où M est un cation monovalent issu de la
solution d’activation du type Na+ ou K+).

Geopolymère.org :

Qu’est-ce qu’un géopolymère ?

Les géopolymères sont des chaînes ou des réseaux de molécules minérales liées par des liaisons covalentes. Ils comprennent les unités moléculaires suivantes (ou les groupes chimiques) :

-Si-O-Si-O- siloxo, poly(siloxo)
-Si-O-Al-O- sialate poly(sialate)
-Si-O-Al-O-Si-O- sialate-siloxo, poly(sialate-siloxo)
-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O- sialate-disiloxo, poly(sialate-disiloxo)
-P-O-P-O- phosphate, poly(phosphate)
-P-O-Si-O-P-O- phospho-siloxo, poly(phospho-siloxo)
-P-O-Si-O-Al-O-P-O- phospho-sialate, poly(phospho-sialate)
-(R)-Si-O-Si-O-(R) organo-siloxo, poly-silicone

Les géopolymères sont actuellement développés et appliqués dans 9 principales classes de matériaux :

• Géopolymère à base de silicate, poly(siloxonate), silicate soluble, Si:Al=1:0
• Géopolymère à base de kaolinite / Hydrosodalite, poly(sialate) Si:Al=1:1
• Géopolymère à base de métakaolin MK-750, poly(sialate-siloxo) Si:Al=2:1
• Géopolymère à base de calcium silico-aluminate, (Ca, K, Na)-sialate, Si:Al=1, 2, 3
• Géopolymère à base de roches, poly(sialate-multisiloxo) 1< Si:Al<5
• Géopolymère à base de silices, liaisons sialate et siloxo dans un poly(siloxonate) Si:Al>5
• Géopolymère à base de cendres volantes
• Géopolymère à base de phosphate
• Géopolymère à base d’organo-mineral

Solution d’activation :

D’après technique de l’ingénieur/Wikipedia :

Une solution d'activation est un liquide utilisé pour déclencher ou accélérer le processus de réaction chimique lors de la fabrication de certains matériaux, comme les géopolymères. Elle permet d'activer les précurseurs utilisés dans la fabrication des géopolymères, qui sont généralement des aluminates, des silicates et des silico-aluminates de sodium ou de potassium. Les solutions d'activation peuvent contenir des ions métalliques, des acides minéraux ou des sels organiques qui entrent en réaction avec les précurseurs pour former des liaisons chimiques et déclencher la formation de géopolymères.

Il existe plusieurs types de solutions d'activation utilisées pour fabriquer des géopolymères, chacune ayant des propriétés différentes qui peuvent affecter les propriétés finales des matériaux produits. Par exemple, l'utilisation d'un activateur alcalin, comme une solution de soude ou de potasse, va produire un géopolymère avec des propriétés différentes de celui produit avec un activateur acide, comme un acide sulfurique ou un acide chlorhydrique.

Thèse Aurélie Favier :

En addition au réactif solide, c'est-à-dire la source d’aluminosilicates, il est nécessaire d’avoir
un activateur chimique pour initier la géopolymérisation. De manière générale, on utilise une
source d’hydroxyde ou de silicate alcalin.
La solution d’activation la plus simple reste une solution d’hydroxyde alcalin comme
l’hydroxyde de potassium (KOH) ou l’hydroxyde de sodium (NaOH). NaOH reste l’activateur
le plus utilisé dans la famille des hydroxydes car il est peu coûteux et facilement disponible.

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