Formulation et étude d’un géopolymère accumulateur d’énergie thermique dans le cadre de l’éco-construction des bâtiments

L'incorporation de matériaux à changement de phase microcapsulés (MCPM) dans des matériaux à base de ciment ou des géopolymères est l'une des technologies efficaces pour répondre à la demande énergétique finale. Cependant, en raison du taux élevé d'impacts environnementaux associés à la fabrication du ciment, l'utilisation de géopolymères a suscité un grand intérêt de la part des chercheurs en raison de leur faible impact environnemental et de leurs propriétés mécaniques et de durabilité supérieures à celles des matériaux à base de clinker.En revanche, l'incorporation de MCPM dans les géopolymères induit des effets négatifs sur leurs performances mécaniques et thermiques. L'utilisation de ces derniers nécessite encore des investigations approfondies sur leurs indicateurs de durabilité (diffuvisivité des chlorures, porosité, perméabilité etc..). Ce travail de thèse s'inscrit parfaitement dans cette problématique, et traite de l’effet de la combinaison du gel NASH (sodium alumina silicate hydrate) et du gel CASH (calcium alumina silicate hydrate) pour surmonter les effets négatifs de l'incorporation de MCPM sur les performances des géopolymères à base de laitier de haut fourneau. Pour atteindre cet objectif, douze mortiers ont été étudiés (trois à base de ciment et neuf à base de géopolymère) en variant le pourcentage d'ajout de métakaolin (0%, 10% et 20%) dans les mortiers géopolymères, et le taux d'incorporation de MCPM (0%, 5% et 10%) dans les deux types de mortiers : mortiers géopolymère (MGP) et mortiers de ciment (MC).La première partie de cette étude est consacrée à la caractérisation de la microstructure, des propriétés physiques, mécaniques et thermiques des MGP et des MC. Les résultats obtenus ont montré que la coexistence du gel NASH et CASH a apporté des améliorations en termes de propriétés mécaniques et de conductivité thermique par rapport au MGP-MCPM sans ajout de metakaolin. En effet, l'ajout de 10 et 20% de métakaolin était suffisant pour obtenir cette coexistence. Avec une concentration de MCPM allant jusqu'à 10% dans les mortiers géopolymères, la résistance en compression a été augmentée d'environ 21% et la conductivité thermique a été augmentée d'environ 31%, ce qui a conduit à une amélioration de la capacité thermique spécifique allant jusqu'à 1280 J/Kg.K.La deuxième partie du travail porte sur l’étude de l’effet de l'incorporation de matériaux à changement de phase microcapsulés sur quelques indicateurs de durabilité des MGP et MC. Les résultats indiquent que l’incorporation des MCPM augmente la porosité totale, ceci induit une augmentation de l'absorption d'eau par capillarité et une diminution de la résistivité électrique du MGP et du MC. En revanche, l'inclusion du MCPM exerce une influence sur la diminution de la connectivité des pores et l'augmentation de la tortuosité du réseau poreux d'une part et l'augmentation de la capacité de fixation des ions chlorure d'autre part. Ceci a conduit à la diminution du coefficient de migration des chlorures à l'état stationnaire. En outre, il convient de noter que les MGP présentent des pores de plus grande taille que les MC. Cela peut être dû au protocole de séchage qui est susceptible d'induire une dessiccation et des microfissures dans le gel CASH. Cependant, en présence de ces microfissures, l'étude a révélé que la réaction chimique du MGP contrôle davantage les mécanismes de transport des ions chlorure par rapport à sa porosité.