Géopolymère - Définition
Définition générale
Les géopolymères sont la réciproque des polymères organiques. À la place de dérivés du pétrole et de la chaîne carbonée, on utilise de la matière minérale composée de silice et d’alumine. Cette géosynthèse a des propriétés similaires aux plastiques, mais ils n’ont aucun solvant dangereux, ne brûlent pas et ne dégagent pas de gaz ni fumées toxiques. Comme une pierre, ils résistent aux agressions chimiques, à l’érosion du temps et permettent une production non polluante.
Ces nanomatériaux se trouvent dans des céramiques, des matériaux composites high-tech pour l’industrie automobile, aéronautique et la défense, dans des peintures non-feu, thermodurcissables, sans solvant organique pour le bois et le métal, des biomatériaux pour prothèses osseuses, des membranes de piles à combustible et des nouveaux ciments écologiques sans dégagement de gaz à effet de serre, aux caractéristiques proches d’une pierre naturelle.
Définition scientifique
Les géopolymères sont basés sur des alumino-silicates désignés sous le terme poly(sialate), qui est une abréviation de poly(silico-oxo-aluminate) ou (-Si-O-Al-O-)n (soit n le degré de polymérisation). La structure chimique de la Figure 1 montre un géopolymère poly(sialate-siloxo) résultant d'une géosynthèse de poly(silisique) acide (SiO2)n et de potassium alumino-silicate, en milieu alcalin (KOH, NaOH). Dans cette structure, le groupement sialate (Si-O-Al-O-) est un agent de réticulation.
- Exemples de polycondensation vers un poly(sialate) et un poly(sialate-siloxo), voir Figure 2.
On pense que le mécanisme de la synthèse géochimique se fait par l'intermédiaire d'oligomères (dimère, trimère) qui constituent les véritables groupements structuraux unitaires formant la structure macromoléculaire tridimensionnelle, selon les schémas de la Figure 3.
Structure chimique et applications
Le rapport atomique Si:Al dans la structure poly(sialate) détermine les propriétés et le champ d'application.
- Un ratio faible de Si:Al (1,2,3) instaure un réseau 3D qui est très rigide.
- Un ratio élevé Si:Al, plus grand que 15, fournit un caractère polymérique au matérau géopolymèrique.
Voir la Figure 4.
