Vous pouvez télécharger la brochure en français à
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Tous les cours seront enseignés par le Professeur Joseph Davidovits, l’inventeur et fondateur de la science des géopolymères. Ils sont destinés aux professionnels ayant déjà une solide connaissance en sciences chimiques et physico-chimiques (niveau ingénieur, maitrise) ou ayant une pratique équivalente. La langue est l’Anglais avec possibilité de cours spéciaux en langue Française sur demande pour 2 participants ou plus. La participation est limitée à 5 étudiants par cours ceci afin de permettre le maximum d’interaction entre le Prof. Joseph Davidovits et les étudiants.

Droits d’inscription pour un participant: comprend les déjeuners, les pauses, le livre et les notes techniques; + TVA

Cours de 3 jours: 1650 Euros; pour groupe et par étudiant 1500 Euros
Cours de 2 jours: 1150 Euros; pour groupe et par étudiant 1050 Euros

Pour plus d’information, consultez cette page.

Use of Inorganic Polymer to Improve the Fire Response of Balsa Sandwich Structures
J. Mat. in Civ. Engrg., Volume 18, Issue 3, pp. 390-397 (May/June 2006)
James Giancaspro, M.ASCE; P. N. Balaguru, M.ASCE; and Richard E. Lyon

résumé
L’étude présentée dans cet article traite des performances au feu de panneaux sandwich en balsa utilisant une résine inorganique géopolymère et des revêtements en fibre haute résistance. Une mince couche de pâte résistante au feu composée de géopolymère et de microsphères de verres creuses ont été appliquées sur les revêtements pour servir de barrière de protection au feu et d’améliorer la résistance au feu des panneaux sandwich. Ayant utilisé 17 spécimens de panneaux sandwich, l’objectif de base du programme était d’établir le minimum de résistance au feu nécessaire pour satisfaire les exigences de la Federal Aviation Administration (FAA) sur la chaleur et les émissions de fumées. L’influence de cette isolation au feu dans l’accroissement de la masse des panneaux a été évaluée. Le système est simple et bon marché à fabriquer, et une couche de 1,8mm d’épaisseur du matériau ininflammable satisfait les exigences de la FAA à la fois sur la conductivité thermique et l’émission de fumée.

Le lien vers la publication:

cliquez sur CMN contest

L’AFRL subventionne et conduit des recherches de pointe sur les géopolymères. Cette recherche intra-murale et extérieure conduit au développement de nouveaux matériaux céramiques qui ont des propriétés supérieures, ce qui permettra de choisir entre des solutions plus compétitives pour le développement des futurs matériaux structurels de l’Air Force (USA).

Publié à: http://www.azom.com/Details.asp?ArticleID=3171

Résumé:
On prépare un géopolymère en dissolvant de la metakaolinite dans une solution de K2SiO3 et KOH, condensation à 80°C pendant 24 h. Puis on chauffe progressivement depuis la température ambiante jusque 1400°C et on suit les changements de phases par X-ray diffraction analysis, scanning electron microscopy et energy dispersive X-ray spectroscopy. Jusque 800°C on n’observe qu’une phase amorphe pour le géopolymère. A 1000°C, la principale phase est la Kalsilite; à 1200°C la leucite. A 1400°C il n’y a pas de signe de fusion. Le matériau possède une porosité ouverte de 38% à 1000°C, soit une porosité suffisante pour pouvoir employer ce matériau en tant qu’isolant thermique pour une utilisation continue.

Le Colisée, Rome, 2è s. ap. J.-C (gauche) Le Panthéon, Rome, 2è s. ap. J.-C (centre) Le Panthéon, Rome, 2è s. ap. J.-C, Le dôme en béton (droite).

Les experts en béton se demandent aujourd’hui comment faire un béton durable. Beaucoup de bâtiments en béton Romains antiques sont toujours utilisés après plus de 2000 ans. Pour ces experts du béton moderne, les Romains étaient des constructeurs chanceux en cela qu’ils ont apparemment simplement employé des dépôts de pouzzolane naturelle, qui se trouvaient être appropriés pour produire un mortier hydraulique. Contrairement à cette déclaration, notre étude linguistique et la nouvelle traduction du livre de l’auteur latin Vitruvius “de Architectura” (1er siècle av. J.-C) démontre que la magnifique qualité du béton Romain résulte de la vaste utilisation de mortiers pouzzolaniques artificiels et des bétons. Deux pouzzolanes artificiels ont été intensivement fabriqués :

1. Argile kaolinitique calcinée, en latin testa
2. Pierres volcaniques calcinées, en latin carbunculus

Voir dans #D Les mortiers de pouzzolanes artificielles chez Vitruve: évolution historique et archirtecturale et #E À la recherche du Carbunculus .

En plus de ces ingrédients réactifs artificiels, les Romains ont employé un sable volcanique réactif naturel nommé harena fossicia à tort traduit comme le sable de fosse ou simplement le sable par des auteurs modernes. Les ingrédients testa, carbunculus et harena fossicia ont été intensivement employés dans des constructions Romaines. Ces ingrédients réactifs ne doivent pas être confondus avec le pouzzolane traditionnel dont le nom est originaire de la ville de Puzzuoli, près de Napoli (Mt Vesuvio). Selon le Livre de Vitruvius V, 12, le pouzzolane traditionnel a été exclusivement employé pour la fabrication de quais d’escale dans la mer ou des fondations pour des ponts, tandis que harena fossicia, carbunculus et testa ont produit un béton pour des constructions sur la terre.

La technologie du béton romain était plus efficace que la construction traditionnelle avec la pierre de taille. Le tableau compare le temps de construction pour les dômes des monuments les plus célèbres du monde.

Temps de construction pour les bâtiments en dôme faits en béton ou en pierre taillée

Analyse des Ciments Romains à Haute Performance

De la fouille des ruines Romaines antiques, on sait qu’approximativement 95 % des bétons et des mortiers constituant les bâtiments Romains se composent d’un ciment de chaux très simple, qui s’est durci lentement par l’action de la précipitation du dioxide de carbone CO₂, venant de l’atmosphère. C’est un matériau tendre qui a été employé essentiellement dans la fabrication de fondations et dans des bâtiments pour le peuple. Mais pour la construction de leur “ouvrages d’art”, les architectes Romains n’ont pas hésité à employer des ingrédients plus sophistiqués et chers. Ces ciments Romains remarquables sont basés sur l’activation calcique d’agrégats céramiques (testa) et de riches tuffs volcaniques alcalines (cretoni, pozzolan) ensemble avec de la chaux. L’excès de chaux qui n’a pas réagi chimiquement, se recarbonate lentement en Ca-carbonate au contact du gaz carbonique de l’air. L’analyse minéralogique conventionnelle ne fournit pas d’explication satisfaisante sur le mécanisme de durcissement. Également, à la suite d’une puissante analyse spectroscopique MAS-NMR de ces ciments archéologiques, on a été capable de distinguer deux analogues de ciments géopolymériques Romains archéologiques, datant au 2è s. ap. J.-C. Voir l’analyse scientifique sur ces ciments Romains à hautes performances dans l’article numéro 28 des actes du congrès de Géopolymère ’ 99 et dans les Archéo-analogues. (en anglais)

Des institutions d’ingénieries civiles, qui travaillent particulièrement aux problèmes liées au stockage de l’eau (des réservoirs, des aqueducs) ont exigé un matériau très performant et une technologie spéciale. On sait que la technologie de ce premier analogue de ciment Romain, sous le terme technique générique d’Opus Signinum, est obtenu en mélangeant des céramiques écrasées et tamisées, en latin testa, avec de la chaux. Selon l’Auteur Romain Plinius (l’Histoire naturelle, Livre 35, 165), cette technologie a été reconnue comme : ”… une des inventions les plus spectaculaires de l’humanité …” L’ingrédient testa est une poudre céramique spéciale d’argile kaolinitique calcinée (oxyde d’alumino-silicate) et donc identique à l’ingrédient MK-750 (ou kandoxi) des ciments géopolymériques modernes. Nous avons réalisé une spectroscopie NMR 29 Si et 27 Al sur des échantillons d’Opus Signinum datant du 2è siècle ap. J.-C. Leurs spectres sont identiques à ceux des ciments géopolymériques GEOCISTEM modernes.

Le deuxième analogue de ciment Romain implique l’utilisation de pouzzolane artificielle nommée en latin Carbunculus. L’analyse a été effectuée sur des échantillons d’Ostia, des 2è et 3è siècle de notre ère.

Voir l’analyse scientifique sur des ciments Romains dans Archéo-analogues. (en anglais)

Des progrès spectaculaires technologiques ont été faits ces dernières années dans le développement de la géosynthèse et des applications en géopolymère.

Les nouveaux matériaux d’avant garde conçus à l’aide de réactions géopolymèriques génèrent de nouvelles applications et des nouveaux modes opératoires qui transforment les idées reçues de la chimie inorganique et minérale.

Depuis sa découverte par le Prof. joseph Davidovits, cette nouvelle génération de matériaux, qu’elle soit utilisée pure ou renforcée avec des charges, trouve déjà des applications dans tous les domaines de l’industrie. Ces applications se trouvent par exemple dans l’industrie de l’automobile, aérospatiale, des fonderies non-ferreuses et la métallurgie, le génie civil, les industries du plastique, la gestion des déchets ultimes, l’art et la décoration, la restauration de bâtiments, la géobiologie appliquée à l’énergétique et la pollution électromagnétique, etc. Un tiers du livre Geopolymer Chemistry & Applications traite des dernières applications géopolymériques. Vous pouvez aussi aller dans la Bibliothèque Géopolymère et télécharger des articles.

Exemple du développement des composites géopolymèriques et des ciments qui améliorent la sécurité du voyage aérien et l’efficacité des aéroports*

Les chapitres du livre GEOPOLYMER Chemistry & Applications sont indiqués en italique.

Un avion à réaction se prépare au décollage sur une piste à New York pendant qu’une équipe commence à placer du béton géopolymère (Chapitres 24, 25) sur une piste d’atterrissage de Los-Angeles. L’avion est équipé d’un enregistreur de vol ininflammable électronique. La cabine de l’avion à réaction a aussi été rendue ignifuge avec des panneaux en composite carbone/Géopolymite® (Chapitre 21) et des panneaux d’isolation inorganique en mousse géopolymère (Chapitre 22) . L’avion à réaction est aussi équipé d’un filtre à air avancé ignifugé. Plusieurs composants structurels de l’avion à réaction, fait avec un alliage avancé SPF Al super plastique d’aluminium, ont été fabriqués à 600°C en utilisant des outils de compression céramique fait à partir de matériaux géopolymères (Chapitre 20) .

Quand l’avion est prêt à atterrir à Los-Angeles, la piste réparée avec du béton Pyrament® (Chapitre 24) sera prête à l’accueillir.

*Cet exemple fictif illustre les applications possibles qui sont ou ont été manufacturées et/ou brevetées par plusieurs compagnies.

Plus de détails dans le livre de Davidovits, Geopolymer Chemistry & Applications, Parties III, Propriétés, chapitres 15 à 18, GEOCISTEM , GLOBAL WARMING , et d’autres articles dans la Bibliothèque Géopolymère.

Testé sur des éprouvettes standards de mortier au sable:

• Prise: 10 heures à -20°C, de 7 à 60 minutes à +20°C.
• Retrait pendant la prise: <0,05%, non mesurable.
• Résistance à la compression (uniaxiale): > 90 MPa à 28 jours (pour des formulations à prise rapide, 20 MPa après 4 heures).
• Résistance flexion: 10-15 MPa à 28 jours pour des formulations à prise rapide, 10 MPa après 24 heures).
• Module de Young: > 2 GPa.
• Gel-dégel: perte de poids < 0,1% (ASTM 4842), perte en résistance < 5% après 180 cycles.
• Humide-sec: perte de poids < 0,1% (ASTM 4843).
• pH: sur échantillon broyé, 11-11,5 après 5 minutes dans eau déionisée (comparé au ciment Portland: 12 à 12,5, et granite: 11).
• Lessivage dans l’eau, après 180 jours: K₂O < 0,015%.
• Absorption d’eau: < 3%, sans incidence sur la perméabilité.
• Perméabilité hydraulique: 10-10 m/s.
• Acide Sulfurique, 10%: perte de poids 0,1% par jour.
• Acide chlorhydrique 5%: perte de poids 1% par jour.
• KOH 50%: perte de poids 0,02% par jour.
• Solution ammoniaquée: pas de perte de poids.
• Solution sulfatée: retrait 0,02% à 28 jours.
• Réaction alcali-agrégat: aucune expansion après 250 jours, -0,01% (comparé au ciment Portland avec 1% Na₂O, +1,5%).
• Dilatation linéaire: < 5.10-6/K.
• Conductivité thermique: 0,2 à 0,4 W/Km.
• Chaleur spécifique: 0,7 à 1,0 kJ/kg.
• Conductivité électrique: fortement dépendante de l’humidité.
• Stabilité thermique:
  • perte de poids < 5% jusqu’à 1000°C.
  • perte de résistance < 20% à 600°C, < 60% à 1000°C

Autres valeurs:

• A.T.D.: endothermique à 250°C (eau zéolitique).
• Spectroscopie MAS-NMR :
  • 29Si: SiQ₄, résonance principale à -94,5 ± 3ppm.
  • 27Al: AlQ(4Si), resonnance principale étroite à 55 ± 3ppm.
• Consommation d’énergie: SEC pour le ciment 1230-1310 MJ/tonne (comparé au Portland clinker 3500 MJ/tonne).
• Émission de CO₂ pendant fabrication: 0,180 t/tonne de ciment (comparé au clinker Portland 1,0 t/tonne).

Prof. Joseph Davidovits presente le plan pour les prochaines années de la recherche et de l’innovation en science des géopolymères, au 2^nd International Congress on Ceramics, Vérone, Italie, 4 Juillet 2008.

Il y a une grande demande pour l’innovation et donc pour que de nouvelles recherches soient engagées. Nous avons établie une liste de sujets qui méritent de futurs développements en chimie, physique-chimie, science des matériaux et autres. Ces besoins sont expliqués dans le livre de Davidovits Geopolymer Chemistry & Applications, le plus souvent à la fin du chapitre relatif à ce sujet et sont donnés dans la liste ci-dessous.

Nous espérons que cette initiative minimisera le nombre d’articles scientifiques et de conférences qui sont simplement une réinvention de la roue, c’est-à-dire en répétant les études et recherches déjà réalisées par d’autres, parfois plusieurs dizaines d’années auparavant, comme expliqués dans le livre de référence Geopolymer Chemistry & Applications.

Le GeopolymerCamp est l’occasion de préparer la nouvelle édition du livre Geopolymer Chemistry and Applications. En effet, l’Institut Géopolymère souhaite publier tous les ans une édition revue et corrigée avec les toutes dernières informations. Pendant cette session, des participants proposeront des sujets ou problèmes devant être modifiés et ajoutés, et l’assemblée en débâtera. Préparez vos arguments si vous voulez voir vos dernières recherches, données, applications ajoutées à ce livre de référence.

Sujets de recherche (en anglais):

Chapter 2: Polymeric character of geopolymers: geopolymeric micelle
“Further research is needed to provide scientific tools for the determination of several physical parameters such as overall dimension and molecular weight.”

Let physicochemical research institutions confirm covalent bonding system. Determine the molecular weight of the geopolymer micelle, a nanosized particulate detected by W. Kriven in 2003.

Chapter 5: Poly(siloxonate), soluble silicate (waterglass)
“The standard industrial silicates are mixtures of several silicate species (…) Any changes in the industrial fabrication parameters will strongly affect the nominal mixture composition and the geopolymeric properties of the soluble silicates obtained with these glasses (…) Nevertheless, researchers in geopolymer science should always keep in mind these data when developing tailored industrial geopolymer applications (…) Further research on this important topic will probably provide additional 3-D structures connected with the solid rings and polygons disclosed in Figure 5.9. (…) Further research is needed on this crucial technology.”

Let modify and master the manufacture process in order to get uniformity and quality control on the molecular sizes of Na-poly(siloxonate), K-poly(siloxonate) (soluble silicate).

Chapter 8: Metakaolin MK-750-based geopolymer
“In general, (Na,K)–poly(sialate-siloxo) is not made of single polymeric macromolecules but consists of a mixture, a solid solution, of at least two well defined geopolymers with different Si:Al ratios. The standardized methods of investigation, like ²⁹Si and ²⁷Al NMR spectroscopy, are not sophisticated enough for the detection and separation of these different macromolecules. Future research is necessary. (…) The identification of Al-O-Al bonding in geopolymers has been confirmed by ¹⁷O MAS-NMR spectroscopy as the one displayed in Figure 8.24… The effect seems to diminish with the increase of the Si:Al ratio, when oligo-siloxonate molecules, Q₀ , Q₁ and Q₂ types are added to the geopolymeric reactant mixture. Further research is needed.”

Chapter 9: Calcium-based geopolymer
“There is production of two geopolymers: hydrated gehlenite and (Na,K)–poly(sialate-siloxo), and in addition calcium di-siloxonate hydrate (CSH cement type). Further research is needed on this very interesting topic of ancient Roman technology. (…) We could also assume that, in the hydrated state, our geopolymeric structures are more flexible than the rigid anhydrous chains. Their molecular arrangement might comply with the replacement of K⁺ with Ca⁺⁺. Further research is needed to clarify this important issue.”

Chapter 10: Rock-based geopolymer
“The extrapolation from the solid solution structures set forth in Chapter 9 would probably focus on the Ca-siloxonate-hydrate, and its resonance at -78 ppm for Q₁ structure in the ²⁹Si spectrum of Figure 10.5. However, in addition to the dimer Ca-di-siloxonate hydrate molecule, one could get higher oligomers: trimer, tetramer, pentamer, hexamer, with cyclic structures similar to those depicted for soluble silicates in Figure 5.13 of Chapter 5 as well as in Figure 2.8 of Chapter 2. Further research is needed.”

Chapter 11: Silica-based geopolymer
“The geopolymer composite has a high potential for fire-heat resistant coatings as well as corrosion resistant paint for steel. With tailored ceramic fillers one obtains heat stable materials with remarkable heat resistance. Further research is needed. (…) These results highlight the need for caution during the use and disposal of these manufactured nanomaterials to prevent unintended environmental impacts, as well as the importance of further research on tailored formulations aimed at preventing any risk.”

Chapter 12: Fly ash-based geopolymer
“Overall, the geopolymer matrix gives a Si:Al molar ratio ranging from 1.56–2.14 corresponding to a poly(sialate-siloxo) with inclusions of siloxonate-hydrate molecules consisting of higher oligomers: trimer, tetramer, pentamer, hexamer, with cyclic structures similar to those depicted for soluble silicates in Figure 5.13 of Chapter 5 as well as in Figure 2.8 of Chapter 2. Further research is needed. (…) Gasifier slag consists of four main components: silica, alumina, iron oxide and calcium oxide, mainly added as a flux in the gasification process. The gasifier slag composition is similar to that of iron blast-furnace slag (Sullivan and Hill, 2001). In other words, a possible shortage of iron blast-furnace slag would be easily compensated by the production of gasifier slag, opening new perspectives for the industrial implementation of geopolymers issuing from coal combustion in electrical power plants. Further research is needed.”

Chapter 13: Phosphate-based geopolymer
“Several laboratories are working on the inclusion of PO₄ units into sialate and sialate-siloxo sequences. Data have not been published, so far. Further research is needed on these materials that show promising potential applications.”

Chapter 14: Organic-mineral geopolymer
“Further research is needed in order to take advantage of the chemical compatibility of poly-organo-siloxane and mineral geopolymers. (…) Further research is needed on the geopolymerization mechanism in acid medium. (…) The previous examples show the potentiality of organo-mineral geopolymer compounds. Further research is needed.”

Chapter 17: Long-term durability
“As for technological applications of geopolymeric materials in waste management, any risk assessment must contain input from geological and geochemical analogues. The problem is the very low amount of available data on this topic. Further research is needed.

Chapter 21: Geopolymer-fiber composites
“In this Chapter, the best results involved the use of carbon or SiC fibers that are more expensive than E-glass. Future research will therefore take advantage of the geopolymeric systems outlined in Chapter 13 with phosphate based acidic matrix. This chemistry is not as aggressive to E-glass as the alkali driven poly(sialate) medium.”

The introduction of composites on a large scale in aircraft manufacture by Boeing and Airbus highlights the demand for fire- as well as heat-resistant geopolymer matrices.

Chapter 23: Geopolymer in ceramic processing
Introduce and develop LTGS for the production of low-cost building materials in developing countries with user-friendly geopolymeric ingredients.

Chapter 24: The manufacture of geopolymer cements
“We have learned in Chapter 19 that these dry mixes based on dry NaOH/KOH are corrosive in nature and may not be used (see in section 19.2, The need for user-friendly systems ). Research and development should therefore focus on innovative solutions involving the manufacture of ready to use, user-friendly, geopolymeric precursors. (…) Further research and development is needed on this very important technology.”

The major obstacle to the mass application of geopolymer cements comes from the chemical industry that is unable to manufacture the estimated 250-300 millions tonnes / year of alkali-silicates poly(siloxonates) needed for mass production of geopolymer cements, world-wide (presently ca. 15 millions tonnes / year). One must invent new methods of manufacture for poly(siloxonate) glasses, from geological raw-materials rich in K₂O and Na₂O, as in the European Research project GEOCISTEM (Brite-Euram 1994-1997).

Chapter 25: Geopolymer concrete
“When one adds together the properties described in this Chapter 25, and the chemical and physical parameters of geopolymer cements outlined in previous chapters, it becomes evident that geopolymer concrete is better than Portland cement concrete. Yet, further research is needed to apply and generalize to all geopolymer concrete types the results obtained by B.V. Rangan and his team.”