Activation alcaline des déchets minéraux industriels

Abstract

L’évolution du contexte environnemental mondial a poussé l’industrie de la construction à reconsidérer certaines des pratiques adoptées pour le choix des matériaux. Le marché du ciment Portland est montré du doigt depuis la conférence de Kyoto comme étant responsable de 5 à 6 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre. Pour relever ces défis, plusieurs alternatives s’offrent aux différents acteurs : une rationalisation du dimensionnement, le recyclage des déchets de déconstruction, l’utilisation d’additions en quantités plus importantes, etc. Ces dernières années, une autre option en pleine expansion vise la substitution complète du ciment. En plus de la problématique environnementale, ces efforts s’inscrivent dans une dynamique de développement de matériaux plus adaptés aux différentes contraintes d’utilisation liées notamment à la durabilité. La géopolymérisation et l’activation alcaline des aluminosilicates constituent une alternative possible pour répondre à ces enjeux techniques et environnementaux. Ceci passe par l’exploitation de coproduits d’autres industries (cendres volantes, laitier de hauts fourneaux, etc.) et de matériaux à faible impact environnemental (métakaolin, pouzzolanes et déchets de verres). Malgré leur relatif jeune âge, l’implémentation de ces nouveaux matériaux se concrétise à présent autour du monde à travers des applications diverses et innovantes. Outre le béton et matériaux de construction, leurs propriétés les rendent adaptés à l’utilisation dans l’isolation thermique, l’aéronautique, la céramique, les revêtements, etc. Après des débuts discrets dans les années 70-80, la recherche autour des géopolymères et liants alcali-activés s’accélère de façon soutenue, amenant une meilleure connaissance des spécificités de leur fabrication et utilisation. Le nombre de thèses, articles et brevets atteste de l’intérêt croissant pour ces matériaux parmi les chercheurs ainsi que les industriels, ce qui permet de pronostiquer un marché prometteur pour les années à venir L'objet du travail est de mener une étude théorique sur la synthèse et les propriétés de géopolymères à base de métakaolins et d’autres matériaux minéraux. Deux parties importantes du travail sont menées. Un premier volet porte sur la synthèse des travaux sur les géopolymères et leurs propriétés. Des solutions de silicates ont constituées avec la poudre du mélange métakaolin l'ingrédient des premières formulations. D’autres solutions alcalines sont expérimentées et jouent un rôle important. Les compositions chimiques de ces solutions ont un impacte sur les caractéristiques physiques mais aussi sur la géopolymérisation Dans un second volet, nous présentons les travaux de géopolymérisation de déchets de verre pour une application dans le domaine cimentier, par la synthèse de matériaux cimentaires à matrices géopolymériques mixtes, à base de métakaolin et calcin, et l’évaluation de leurs propriétés vis-à-vis des contraintes physico-mécaniques. Leur cohésion et résistance mécanique reposent sur la formation de cette matrice mélangée. Cette matrice est basée sur la polycondensation des précurseurs silico-alumineux, tels le métakaolin et un déchet de verre, en milieux alcalins. Plusieurs formules utilisant différents minéraux comme précurseurs alcalins du liant géopolymérique sont présentés à partir des ingrédients. Cette étude bibliographique a mis en évidence les points les plus fort et les plus faibles de chacun des propriétés des alcali-activés.