Élaboration et étude des propriétés fonctionnelles de géopolymères moussés

L’incorporation d’air dans les matériaux cimentaires permet d’alléger la matière, de l’économiser et de lui conférer des propriétés d’isolation thermique et acoustique. Dans ce travail, nous nous intéressons à la fabrication de mousses de géopolymère à base de métakaolin destinées à une utilisation comme matériau isolant autoportant. Les propriétés d’isolation de ces mousses sont intimement liées à leur morphologie (tailles des pores et des passages entre pores, fraction de passages fermés) qu’il est souvent difficile à contrôler car elle évolue fortement avant la prise. Cette évolution avant le durcissement du matériau est la conséquence de plusieurs mécanismes de déstabilisation, comme le drainage et le mûrissement, que nous cherchons à comprendre dans le cas de notre système et à bloquer afin d’imposer la morphologie mise en place lors de la phase de moussage. Plusieurs tensioactifs ont été testés pour évaluer leur interaction avec les particules de métakaolin et leur capacité à stabiliser les bulles dans la pâte. Pour ce faire, nous avons étudié leur effet sur la rhéologie de la pâte et leur efficacité au moussage dans le milieu alcalin. Ensuite, nous avons étudié la stabilité avant durcissement des mousses de géopolymère en fonction de la fraction d’air, de la concentration de particules de métakaolin dans la pâte et de la taille des bulles. Nous avons pu définir une plage de valeurs pour ces paramètres où les particules se bloquent collectivement dans le réseau de la mousse, et assurent la stabilité de celle-ci, jusqu’au durcissement. Les mousses de géopolymère ainsi obtenues ont une morphologie parfaitement contrôlée, et leurs propriétés fonctionnelles peuvent alors être ajustées en fonction de l’application visée.Afin de prouver que le durcissement de la mousse de géopolymère n’est pas affecté par la présence du tensioactif, nous nous sommes intéressés à la cinétique de la prise du géopolymère. Nous avons utilisé la RMN du proton, comme méthode de suivi non destructive. Une étude comparative entre différentes technique de suivi de la cinétique de prise : rhéométrie oscillatoire, rhéométrie ultrasonore et RMN du proton, sur des pâtes de géoplymère de différentes compositions a montré que la relaxométrie permet de déterminer précisément le temps de prise du géopolymère. Utilisée sur des mousses de géopolymère, il s’est avéré que leur temps de prise n’est pas affecté par la présence du tensioactif.Dans un troisième temps, nous avons étudié la perméabilité à l’air dans la mousse monodisperse solide de géopolymère dans le régime de Darcy. La prise en compte de la taille des ouvertures et du nombre de voisins permet d’élaborer un modèle semi-empirique qui décrit bien les données de perméabilité sur une large gamme de fractions solides. Ensuite, les mousses de géopolymère monodisperses ont été imbibées, et la vitesse de l’ascension capillaire de l’eau mesurée. Ceci a permis de déduire une perméabilité qui a été trouvée plus faible que la perméabilité prévue par le modèle de Washburn d’un ordre de grandeur. Cette différence est ensuite expliquée par le ralentissement du front de l’eau au niveau des constrictions entre les pores. Finalement, nous avons étudiés les propriétés acoustiques des mousses solides de géopolymère à morphologie contrôlée, en terme du coefficient d’absorption acoustique, et des paramètres relatifs aux dissipassions visqueuses et des effets thermiques du modèle JCAL