Elaboration de mousses géopolymères à architecture poreuse contrôlée : application bâtiment

par Marie Arnoult

Thèse de doctorat en Matériaux céramiques et traitement de surface

Sous la direction de Sylvie Rossignol et de Joseph Absi.

Soutenue le 11-12-2018

à Limoges , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique (Poitiers ; 2018-2022) , en partenariat avec Institut de Recherche sur les CERamiques (laboratoire) .

Le président du jury était Olivier Masson.

Le jury était composé de Sylvie Rossignol, Joseph Absi, Elodie Prud'homme.

Les rapporteurs étaient Fabien Frizon, Vanessa Prevot.

mots clés

• Mousse géopolymère
• Résistance mécanique
• Source aluminosilicate
• Renforts
• Matériaux poreux -- Propriétés physico-chimiques
• Géopolymères
• Porosité
• Conductivité thermique
• Résistance des matériaux
• Procédés de fabrication
• Additifs

Résumé

Ce travail porte sur l’élaboration de matériaux poreux de type géopolymère pour le bâtiment permettant d’améliorer la performance énergétique, mais également les propriétés acoustiques des bâtiments, tout en respectant la qualité de l’air intérieur. Les matériaux poreux synthétisés présentent une gamme de porosité définie imposant alors des propriétés d’usages associées (mécaniques, thermiques, acoustiques). Celles-ci sont gouvernées par l’architecture poreuse mais également par la nature du squelette solide du matériau. Ainsi, différents paramètres, tels que la réactivité des précurseurs, l’ajout d’additifs ou encore le procédé de fabrication, régissent la formation de ces matériaux. La nature des précurseurs, telle que le potentiel zêta, la quantité d’aluminium réactif de la source aluminosilicate (RMN) ainsi que les espèces siliceuses présentent en solution (Raman), contrôle les propriétés des mélanges réactifs comme la tension de surface, la viscosité et le temps de prise. Par ailleurs, afin d’optimiser les propriétés des mousses, des renforts aluminosilicates et des tensioactifs peuvent être introduits dans les formulations. L’ensemble de ces données influence la stabilité des bulles de gaz contrôlant l’architecture poreuse et sa nature. Finalement, une large gamme de mousses géopolymères ont été réalisée jusqu’à l’échelle TRL4.

mots clés

• Geopolymer foam
• Mechanical resistance
• Aluminosilicate source
• Fillers

Titre traduit

Development of geopolymer foams with variable porous architecture : building application

Résumé

This study focuses on geopolymer foam development for building application that enhances energy performance respecting the internal air quality. The synthesized materials have a defined range of porosity and impose its working properties, which are governed by its porous architecture but also by the nature of solid skeleton. Thus, various parameters, such as the precursor’s reactivity, the introduction of additives or the manufacturing process, govern the material formation. The nature of the precursors, such as the zeta potential, the amount of reactive aluminum in aluminosilicate source (NMR), the siliceous species present in solution (Raman), controls the reactive mixtures properties such as surface tension, viscosity and setting time. Moreover, in order to optimize the foam properties, aluminosilicate fillers and surfactants can be introduced into the formulations. All of these data influence the stability of the gas bubbles affecting the porous and the nature of the architecture. Finally, a wide range of geopolymer foams were synthetized up to the TRL4 scale.