Géopolymère
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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 (La géosynthèse est l’art de fabriquer à une température inférieure à 100°C de la matière minérale, de manière artificielle pour en obtenir toutes les qualités (dureté, longévité, stabilité, etc.). Il s'agit de synthétiser,...) a des propriétés similaires aux plastiques, mais ils n’ont aucun solvant dangereux, ne brûlent pas et ne dégagent pas de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper tout le...) ni fumées toxiques. Comme une pierre, ils résistent aux agressions chimiques, à l’érosion du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) et permettent une production non polluante.

Ces nanomatériaux se trouvent dans des céramiques, des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) composites high-tech pour l’industrie automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de marchandises,...), aéronautique (L'aéronautique inclut les sciences et les technologies ayant pour but de construire et de faire évoluer un aéronef dans l'atmosphère terrestre.) et la défense, dans des peintures non-feu, thermodurcissables, sans solvant organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés organiques.) pour le bois et le métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des...), des biomatériaux pour prothèses osseuses, des membranes de piles à combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction...) et des nouveaux ciments écologiques sans dégagement de gaz à effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans le cas des corps du système solaire) ou d'autres étoiles...), aux caractéristiques proches d’une pierre naturelle.

Définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.) scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.)

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 (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) de polymérisation). La structure chimique de la Figure 1 montre un géopolymère (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...) poly(sialate-siloxo) résultant d'une géosynthèse de poly(silisique) acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique complémentaire, les bases.) (SiO2)n et de potassium (Le potassium est un élément chimique, de symbole K (latin : kalium, de l’arabe : القَلْيَه...) 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 (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est...) 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 (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) d'application.

  • Un ratio faible de Si:Al (1,2,3) instaure un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un...) 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.

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