Elaboration d’un éco-liant / géopolymère à base de matériaux alternatifs : One-part-Geopolymer, optimisation, durabilité, modélisation

Aujourd’hui, un intérêt croissant dans les domaines de la construction est donné à la construction durable qui se doit d’être rationnelle et écologique. Une des pistes d’innovation et de recherche concerne la valorisation des matériaux alternatives et la substitution des ciments ordinaires par d’autres types de liants telles que les géopolymères. La combinaison de la valorisation des matériaux alternatifs et des liants géopolymères nous permettra dans le futur de proposer une nouvelle génération de matériaux bas carbone. Pour répondre à ce besoin d’innovation, l’objectif de notre travail de recherche est la valorisation de sédiments de dragage dans un liant géopolymère de type One-Part-Geopolymer. Ces travaux de recherches permettent à travers les formulations développées de substituer des cendres volantes par des sédiments de dragage considérés comme des matériaux locaux dont l’empreinte carbone est assez basse. De plus, nous avons simplifié la méthode de formulation, en utilisant la méthode Just-Add-Water qui facilitera l’utilisation des géopolymères à l’échelle industrielle.Dans nos travaux de recherche, une optimisation du pourcentage de sédiments et d’activateurs alcalins a été réalisée afin de choisir une formulation de mortier optimale pour chaque pourcentage de sédiments incorporés en substitution des cendres volantes (0, 15, 30 et 50%). Les caractérisations mécaniques et physicochimiques ont montré que les sédiments améliorent les performances mécaniques et les propriétés physicochimiques des géopolymères. Les résultats ainsi ont montré que les sédiments de dragage peuvent être utilisé comme source d’aluminosilicates dans un liant géopolymère.Afin de valider nos résultats, une étude de durabilité a été réalisée sur plusieurs formulations optimales. Ces matériaux étudiés ont montré de bonnes performances en termes de stabilité volumique (retrait endogène, retrait de séchage, gel/dégel), de stabilité chimique (carbonatation, attaque sulfatique externe, réaction sulfatique interne) et de stabilité environnementale (lixiviations). L’évolution de phénomènes physiques tel que le retrait a été davantage lié à la distribution porale qu'à la perte de masse. L’ajout de sédiments augmente en général le retrait des formulations mais avec des seuils moindres que ceux de la littérature. Aucun gonflement n’était détecté dans toutes les formulations après les cycles de gel/dégel. Il a été observé une augmentation de la résistance mécanique des formulations optimales contenant 0, 15% et 30% de sédiments et une diminution pour les formulations contenant 50% tout en restant au-dessus des exigences normatives. Pas de carbonatation totale n’est observée à 180 jours de carbonatation accélérée à 3% de CO2 avec une profondeur comprise entre 4,5 et 6 mm. De plus, après carbonatation accélérée, les formulations ont conservé un pH supérieur au seuil de dépassivation des aciers avec des pH plus élevés en carbonatation naturelle. Les produits de carbonatation identifiés sont la nahcolite, et le natron, avec des traces de la calcite dans les formulations contenant des sédiments. Une augmentation de la densité et une amélioration des performances mécaniques a été observée. Nous n’avons pas constaté de gonflement après les attaques sulfatiques externes mais une amélioration des performances mécaniques a été observée. En termes de réaction sulfatique interne, un gonflement léger et négligeable par rapport au seuil de la méthode LCPC no 66 a été observé. Concernant le potentiel de relargage de polluants vers le milieu naturel, la gépolymérisation a été efficace pour l'immobilisation chimique et physique d'un certain nombre d'éléments préoccupants pour l'environnement contenus dans les sources aluminosilicates.Enfin, un modèle thermodynamique, validé par comparaison aux résultats expérimentaux, a permis de prédire la composition des formulations de géopolymères en fonction de différents paramètres.