4eme colloque du GIS G3 Limoges 16 et 17 juin 2016 · 2016. 6. 13. · 4eme colloque du GIS G3 Limoges – 16 et 17 juin 2016 PROGRAMME DES 4EME JOURNEES GIS G3 LIMOGES 2016 JEUDI

4eme colloque du GIS G3

Limoges – 16 et 17 juin 2016



PROGRAMME DES 4EME JOURNEES GIS G3 LIMOGES 2016

JEUDI 16 JUIN

9h45 Accueil des participants 10h00 Maggy Colas : Apport de la spectroscopie Raman à l'étude des matériaux céramiques 10h30 Améni Gharzouni et al. : Contrôle des réactions de polycondensation à partir de différents métakaolins et solutions alcalines 10h50 Christophe Calvet : Les métakaolins Argeco pour des applications géopolymères 11h10 Prud’homme et Cynthia Vial : Caractérisations microstructurales et mécaniques de matériaux

consolidés à froid à base de laitier de haut-fourneau 11h30 Session Poster flash 12h15 Repas et discussion autour des posters 14h00 Emmanuel Joussein et Sylvie Rossignol : Formulation de géopolymère : des matières

premières aux produits finis 14h30 Présentation Flash des industriels et discussion (Programme préliminaire)

ANDRA : Nathalie Tixier-Mandoki : Perspective des géopolymères pour le stockage géologique des déchets radioactifs ERI-PBHP : Eric Buriot : Etudes Recherches Industrialisation de Produits Béton Hautes Performances Etablissements MAILLOT : Bertrand Ravier : Biolyse : thermolyse de la biomasse appliquée aux géopolymères. MAPEI SARDOU SAS : Max SARDOU : 36 years of R&D in high performance applications SYNEOX : David Ballenghien : Solutions d'inertage et valorisation pour déchets solides toxiques" GEOGRIND : Jean-Marc Vanthieghem NOF METAL COATINGS EUROPE S.A. : Didier Labouche : NOF METAL COATINGS, leader mondial en revêtements anticorrosion à base de zinc lamellaire EDF : Baptiste Anger : valorisation des sédiments de barrage Wöllner GmbH : Joerg Lind

16h00 Pause-café 16h30 Visite du Centre Européen de la Céramique 17h30 Fin de la journée 20h00 Repas “le clos des cèdres” Départ en bus. 24h00 Fin de la journée

VENDREDI 17 JUIN 8h45 Accueil des participants 9h00 Jean-Michel Négroni : la Société de l'Industrie Minérale 9h30 Alexandre Autef et Gilles Gasgnier : Géopolymère monocomposant (just add water) 9h50 Seick Omar Sore et al. : Etudes de briques de terre comprimées stabilisées au géopolymères 10h10 Alessandra Sabbatini et al. : Geopolymer shaping: control of key parameters 10h30 Pause-café 11h00 Table ronde 12h00 Repas 14h00 Fin des journées GIS G3



LISTE DES POSTERS

P1 Rémi Farges et al. : Matrices géopolymères à partir de sédiments fins issus de retenues

hydroélectriques : application aux sédiments de la Rance P2 Julie Peyne et al. : Improving the clay bricks production: experimental clay mixtures and

geopolymer binders P3 Svetlana Petlitckaia et al. : Synthèse de mousses minérales à porosité contrôlée: application à

la décontamination nucléaire P4 Jihène Nouairi et al. : Using lakhouat (NW Tunisia) mine tailing in metakaolin based

géopolymères P5 Raphaelle Pouhet et al. : Géopolymères à base de métakaolin flash P6 Laetitia Vidal et al.: Alkaline silicate solutions properties and their effect on sand

agglomeration and geopolymer formation P7 Alexandre Filhol et al. : Nouveaux liants temporaires pour la fabrication des produits

céramiques



LISTE DES PARTICIPANTS

Nom Prenom mail Affiliation

Anger Baptiste [email protected] EDF

Arnoult Marie [email protected] SPCTS

Aupoil Julien [email protected] CEA

Autef Alexandre [email protected] IMERYS

Ballengheim David [email protected] INNOVEOX

Boisson Patrick [email protected] KAOMIX

Boughlem Youssef [email protected] AVRUL

Buriot Eric [email protected] ERI PBHP

Calvet Christophe [email protected] ARGECO

Canterel Vincent [email protected] CEA

Champenois Jean-Baptiste [email protected] CEA

Colas Maggy [email protected] SPCTS

Cuong Tran [email protected] EDF

Delavaud Christian [email protected] SYNEOX

Deliniere Remi [email protected] LMDC

Deteuf Cyrille [email protected] IMERYS

Drelon Pierre [email protected] ARGECO

Duployez Alexis [email protected] IRVISION

Fakhfakh Ahmed [email protected] SPCTS

Farges Rémi [email protected] SPCTS

Filhol Alexandre [email protected] SFC

Finigue Hamza [email protected]

Hassania Travaux Publics

Gasgnier Gilles [email protected] IMERYS

Gergier Alexandrine [email protected] MAPEI

Gervilliers Sebastien [email protected] ENPC

Gharzouni Ameni [email protected] SPCTS

Hauza Philippe [email protected] ARGECO

Idir Rachida [email protected] CEREMA

Janssen Patrick [email protected] GEOGRIND

Jeulin Patrick [email protected] MAILLOT

Joly Quentin [email protected] CERINNOV

Joussein Emmanuel [email protected] GRESE

Labouche Didier [email protected] NOF

Legouil Cédric [email protected] COLAS

Leguern Guirec [email protected] SOKA

Leroux Fabrice [email protected] SIGMA-CLERMONT

Leybros Perrine [email protected] SPCTS

Lind Joerg [email protected] WOELLNER

Mandoki Nathalie [email protected] ANDRA

Maratona Christian [email protected] CHRYSO

Martiage Olivier [email protected] VICAT

mailto:[email protected]



















Nom Prenom mail Affiliation

Moutonnet Frederic [email protected] MAPEI

Musikas Claude [email protected] ECOCEM

Negroni Jean-Michel [email protected] IMERYS

Nouairi Jihène [email protected] Univ SFAX

Ntsame Aurore [email protected] SPCTS

Peladan Sylvain [email protected] SPCTS

Petit Laurent [email protected] EDF

Petlitckaia Svetlana [email protected] CEA

Peyne Julie [email protected] SPCTS

Pineau Francois [email protected] ANDRA

Poirier Thierry [email protected] ICF

Pouhet Raphaelle [email protected] INSA-TOULOUSE

Prud'homme Elodie [email protected] INSA-LYON

Quere Loic [email protected] SOKA-KAOLIN

Ravier Bertrand [email protected] MAILLOT

Renaudin Guillaume [email protected] SIGMA-CLERMONT

Rossignol Sylvie [email protected] SPCTS

Sabbatini Alessandra [email protected] UNIV CAMERINO

Saby paul [email protected] BOUYER LEROUX

Saidi Najet [email protected] SPCTS

Sardou Max [email protected] SARDOU

Sciamanna Valérie [email protected] GEOGRIND

Sedan David [email protected] MAPEI

Soubrand Marilyne [email protected] GRESE

Tantot Olivier [email protected] XLIM

Tardy Jean Paul [email protected] ARGILES D'AQUITAINE

Tintillier Patrick [email protected] LAFARGE HOLCIM

Van der Heyden Luc [email protected] REDCO

Vantieghem Jean-Marc [email protected] GEOGRIND

Vidal Laeticia [email protected] SPCTS

Waligora Julien [email protected] EIFFAGE

















CONFERENCES



Caractérisations microstructurales et mécaniques de matériaux consolidés

à froid à base de laitier de haut-fourneau

Maggy Colas

Université de Limoges, SPCTS-CEC UMR CNRS 7315, 12 rue de l'Atlantis, 87068 Limoges

Cedex, FRANCE

Après un bref explicatif du principe de la technique Raman, cette présentation s'attachera à décrire, au

travers de nombreux exemples, les potentialités de la technique vibrationnelle Raman.

En effet les innovations technologiques de ces dernières années ont permis à cette technique, avant

réservé au laboratoire de recherche, d’être utilisée dans la majorité des domaines d'activité.

Sa grande polyvalence lui permet d’être utilisée aussi bien en contrôle on-line pour faire du suivi de

process, que de faire des mesures fines de suivi de transformation de phase en fonction de la

température, de la pression...

Enfin la dernière partie de l'exposé sera consacrée à l'imagerie Raman ultra rapide 2D et 3D permettant

un contrôle de l’homogénéité des matériaux aussi bien en surface qu'en volume.



Geopolymer shaping: control of key parameters

A. Sabbatini1, L. Vidal2, E. Joussein3, J-L. Gelet4, J. Absi3, S. Rossignol2, C. Pettinari1

1 School of Pharmacy and

‡School of Science and Technology, Chemistry Section, University of Camerino, Via S.

Agostino 1, 62032 Camerino (MC), Italy

2 ENSCI, SPCTS, UMR 7315, 12 Rue Atlantis, 87068 Limoges Cedex, France

3 Univ. Limoges, GRESE, EA 3040, 123 Avenue Albert Thomas, 87060 Limoges, France

4 MERSEN, 15 Rue Jacques de Vaucanson, 69720 Saint-Bonnet-de-Mure, France

Geopolymers are of considerable interest due to their low environmental impact. These

materials are synthesized at ambient or slightly higher temperature by the alkaline activation

of aluminosilicate sources. These sources derive from clay minerals, calcined clays,

industrial wastes or mixtures of these materials. Geopolymers are inorganic binders

presenting very interesting properties such as heat resistance, resistance to acid attacks and

good mechanical properties. So, they could have a lot of industrial applications such as in the

electric field, for civil protection, for habitat or for soil stabilization.

In the circular economy concept, the use of geopolymer for industrial processes will require

their recycle. Thus, it was interesting to study their effect on the reactive mixture (viscosity)

and on their shaping. Previous studies at the laboratory allowed understanding and

controlling key parameters (different metakaolins and alkaline silicate solutions) to realize

geopolymer shaping such as the setting time, the viscosity and the formulation. The used

metakaolins differ in terms of reactivity and the parameters for the solutions were the alkali

cation (Na or K) and the manufacturing process (commercial or lab-prepared).

The objective of this work is to determine the formulations adapted to different shaping

methods such as extrusion, coating on several supports (mineral or metallic or slip casting). For this purpose, the influence of the solid-to-liquid ratio, various additives and the

experimental conditions were studied. The solid-to-liquid ratio was controlled by changing the

amount of metakaolin in the mixture. Some additives were used as retardant or as filler to

modify the setting time or the viscosity of the mixtures. It was also shown that the drying

conditions (temperature, time and humidity) have an important effect on the final material.

Finally, it seemed that the addition of recycled geopolymer facilitate the shaping of these

materials. Moreover, it was demonstrated that geopolymer waste may be added or

substituted to metakaolin up to 20%. It was shown that this material can be used as a charge

in the geopolymer mixture due to its low reactivity.



Caractérisations microstructurales et mécaniques de matériaux consolidés

à froid à base de laitier de haut-fourneau

Elodie Prud’homme, Cynthia Vial

MATEIS, Matériaux : Ingénierie et Science ; INSA Lyon ; 7, Avenue Jean Capelle 69621

Villeurbanne cedex, France.

Le domaine du Génie Civil présente un fort impact environnemental aussi bien au niveau des matières

premières utilisées qu’au niveau de la vie en œuvre des bâtiments. Dans ce contexte, le développement

de matériaux alternatifs à faibles émissions de CO2 et permettant l’intégration de co-produits

industriels est un véritable challenge. Le laitier de haut-fourneau est depuis de nombreuses années

introduit en substitution d’une partie du clinker dans certains ciments [1]. Mais de nouvelles études

visent le développement de matériaux à faible impact à partir de laitier seul, en se basant sur le

principe de synthèse des matériaux géopolymères [2-4]. La composition du laitier (SiO2, Al2O3 et

CaO) et sa nature amorphe font de lui une matière première très intéressante pour la synthèse de

matériaux par activation alcaline. L’objectif de cette étude est de développer un matériau consolidé à

froid par activation alcaline à base de sodium d’un laitier de haut-fourneau, dont les propriétés

physico-chimiques, mécaniques et de mise en œuvre le rende viable pour une application dans le

domaine du Génie Civil. Le choix d’une solution alcaline faiblement dosée en silicate est un point

économique clef de l’étude, mais conduit à l’obtention de matériaux difficile à mettre en œuvre et

présentant une rupture fragile. L’ajout d’élément, tels qu’un fluidifiant, ou des fibres, peut être une

solution pour résoudre ces problèmes de mise en œuvre et de propriétés mécaniques. La synthèse des

matériaux est réalisée par mélange de laitier de haut fourneau, de silicate de sodium et d’hydroxyde de

sodium. Trois paramètres ont été variés au cours de l’étude : la température de cure (20°C ou 40°C), le

module Ms de la solution alcaline (rapport molaire SiO2/Na2O) et le taux de dilution de la solution

alcaline. Au niveau des ajouts, un superplastifiant pour ciment a été ajouté pour modifier la rhéologie

du mélange. Afin de modifier les propriétés mécaniques des matériaux, des fibres de verres ou des

suspensions de latex ont été introduites à différents taux. Les propriétés physico-chimiques (ATD-

ATG), microstructurales (DRX, IRTF) ainsi que les propriétés mécaniques finales ont été évaluées à

différentes échéances (7, 14, 21 et 28 jours). Cette étude a permis de mettre en évidence la possibilité

de former un matériau consolidé à basse température grâce à la dissolution du laitier. Les hydrates

principaux formés sont des phases de types C-S-H, d’hydrotalcite et d’un éventuel réseau de type

géopolymère. La formation d’hydrotalcite semble liée au caractère très basique de la solution alcaline

et conduit à des performances mécaniques très élevée, de l’ordre de 200 MPa après 28 jours de

vieillissement. Les résultats sur la dilution de la solution alcaline sont très prometteurs, puisqu’il

semblerait qu’une faible quantité de silicate soit suffisante pour activer le laitier de haut-fourneau et

atteindre des performances mécaniques équivalentes à celles obtenues avec une solution de silicate de

sodium pure. L’introduction de superplastifiant permet d’obtenir des matériaux coulables, mais

entraine une légère baisse de la contrainte en rupture. Enfin, l’introduction de fibre ou de latex entraine

une diminution du module d’élasticité (mesuré par méthode dynamique), mais également une

diminution très importante de la contrainte en rupture.

REFERENCES

[1] NF EN 206-1, Béton - Spécification, performances, production et conformité, 2014.

[2] A. Fernandez-Jiminez, J. G. Palomo, F. Puertas, Alkali-activated slag mortars, mechanical strength

behaviour, Cement and Concrete Research, 29, 1313-1321 (1999).

[3] T. Bakharev, J. Sanjayan, Y. Cheng, Effect of admixtures on properties of alkali-activated slag

concrete, Cement and Concrete Research, 30, 1367-1374 (2000).

[4] A. R. Brough, A. Atkinson, Sodium silicate-based alkali-activated slag mortars, Part I: Strength,

hydration and microstructure, Cement and Concrete Research, 32, 865-879 (2002).



Formulation de géopolymère : des matières premières aux produits finis

Emmanuel Joussein1 et Sylvie Rossignol

2



Au cours des dernières décennies, les matériaux géopolymères suscitent un intérêt

considérable en tant que nouveaux liants très prometteurs, respectueux de l'environnement

et présentant des bonnes propriétés d’usages. Ils en résultent un matériau qui présente des

champs potentiels d’applications très larges. Ces écomatériaux sont issues de l'activation

d'une source minérale type aluminosilicate par une solution alcaline. L'élucidation de

l'interaction de la solution alcaline avec la source d'aluminosilicate nécessite une

compréhension plus approfondie du mécanisme de géopolymérisation et des paramètres qui

peuvent l’affecter.

Il est proposé dans ce travail de présenter les principaux paramètres influant sur la réaction

de polycondensation en terme de solution alcaline ou de matière première minérale, des

potentialité des voies liquide ou sèche, et in fine différentes applications potentielles de

valorisation.



Géopolymère monocomposant (Just Add Water)

Alexandre Autef1, Gilles Gasgnier

1

1Imerys Ceramic Centre, 8 rue Soyouz 87068 Limoges

La voie de synthèse classique des géopolymères représente un des principaux freins au développement

industriel de ces matériaux. En effet, l’utilisation d’une solution alcaline (pH>13) présente de

nombreux inconvénients du point de vue de la sécurité et de l’environnement : stockage (risque de

fuites), utilisation de récipients et outils spécifiques (résistants aux bases), élimination des eaux de

lavage, utilisation d’EPI spécifiques... De plus, la synthèse de la solution alcaline nécessite la

dissolution (non instantanée et exothermique !!) de 3 ou 4 composants (KOH, NaOH, silicate, silice

amorphe...).

Afin de s’affranchir de ces problèmes et de faciliter le développement industriel des géopolymères une

nouvelle voie de synthèse a été développée et a fait l’objet d’un dépôt de brevet (European Patent

Application No. 15290051.0). L'invention concerne la mise au point d'une formulation géopolymère

mono-composant obtenue par simple addition d'eau à un pré-mélange de matières premières sèches.

Le principal avantage d'un matériau mono-composant vis à vis d’une formulation géopolymère

classique est l'élimination de l'utilisation d'une solution alcaline fortement basique et corrosive (Figure

1).

Figure 1 : Protocole de synthèse classique d’un géopolymère

A cet effet, un pré-mélange homogène de matières sèches, composé de métakaolin, de soude et/ou de

potasse, de métasilicate et éventuellement de charges minérales est réalisé dans des proportions

particulières.

Il suffit par la suite d’ajouter de l’eau au pré-mélange et d’agiter l’ensemble jusqu’à dissolution des

espèces. Les mécanismes réactionnels mis en jeu sont identiques à ceux observés sur les matériaux

obtenus par le processus traditionnel et la mise en place du réseau géopolymérique se traduit par un

shift du dôme amorphe observé par diffraction des rayons X (Figure 2).

Figure 2 : Diffractogrammes d’un métakaolin du géopolymère “Just Add Water” correspondant

Cette nouvelle voie de synthèse permet ainsi d’élargir considérablement le champ d’applications

envisageables pour les géopolymères tout en diminuant les risques liés à la mise en œuvre de ces

produits.

MétakolinsPré-

mélange de

matières sèches

Source d’alcalins solide

Charges minérales

Source d’alcalins

liquideEau

Géopolymère

1123.4 A

958-7 meta HK2 - File: 958-7-Meta-HK2-1h14-NoRot-18nov2013.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 80.034 ° - Step: 0.009 ° - Step time: 93.5 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 18 s - 2-Theta: 2.

1123-4a - File: 1123-4A-1h14-NoRot-3fevrier2014.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 80.034 ° - Step: 0.009 ° - Step time: 93.5 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 17 s - 2-Theta: 2.000 ° - Theta: 1

Lin

(C

ou

nts

)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

2-Theta - Scale

5 10 20 30 40 50 60 70 80

Geopolymer « Just Add Water »Metakaolin



Etudes de briques de terre comprimées stabilisées au géopolymères

Seick Omar SORE1, Adamah MESSAN

1, Elodie PRU’HOMME

2, Gilles

ESCADEILLAS3, François TSOBNANG

1

1LEMC ; 2iE, Rue de la Science – 01 BP 594 Ouagadougou 01 – Burkina Faso

2MATEIS ; INSA Lyon ; 7, Avenue Jean Capelle 69621 Villeurbanne cedex, France. 3LMDC-UPS/INSA ; 135, avenue de Rangueil, 31077 Toulouse Cedex 04; France

Dans les pays en voie de développement comme le Burkina Faso où les matériaux de construction

coûtent relativement chers, la construction en terre reste le moyen le plus économique pour la majorité

des populations afin d’acquérir des logements décents. Cependant, les adobes présentent des

phénomènes de fissurations et de dégradations dues aux attaques des eaux de pluie, qui rendent leur

utilisation complexe. Les Briques en Terre Comprimée (BTC) stabilisées ont ainsi été développées

afin de pallier à ces différents défauts. La stabilisation se fait communément grâce à l’introduction de

ciment dans le mélange de terre avant la compaction, conduisant à l’obtention d’un matériau plus cher

et lié à des émissions de CO2. Une autre possibilité serait de valoriser les argiles locales en les

utilisant dans la fabrication d’un liant géopolymère qui permettrait la stabilisation des BTC. L’objectif

principal de cette étude est donc d’évaluer les performances des BTC stabilisées avec un liant

géopolymère à base d’argile locale par rapport aux BTC non-stabilisées ou stabilisées au ciment. Le

liant géopolymère est ici synthétisé à partir d’un mélange de métakaolin et de solution alcaline de

NaOH (12M) selon un rapport massique (solution alcaline/poudre) de 0.8. Le métakaolin provient de

la calcination à 700°C (10°C/min–3h) d’une fraction argileuse échantillonnée dans une carrière

kaolinitique du Burkina Faso. Le matériau de base utilisé pour la production des BTC est une terre

latéritique provenant de la carrière de kamboinsé. Les BTC sont réalisées en utilisant une presse

mécanique TERSTARAM. Des BTC stabilisées à 5, 10, 15 et 20% de géopolymère ont été produites.

Comme matériau de référence, des briques non-stabilisées et stabilisés à 8% de ciment ont également

été fabriquées. Les briques géopolymérisées subissent une cure de 14 jours (7 jours à température

ambiante du laboratoire et 7 jours à 60°C) avant leurs caractérisations tandis que la caractérisation des

briques stabilisées au ciment a lieu à 21 jours d’âge. Les propriétés chimiques et minéralogiques des

matières premières et du liant géopolymère ont pu être déterminés. Les caractéristiques physiques,

mécaniques et thermiques des BTC stabilisées ont été évaluées.

Figure 1 : Stabilité dans l’eau des BTC (a) non-stabilisées, (b) stabilisées au ciment ou stabilisées

avec un liant géopolymère à hauteur de (c) 5%, (d) 10%, (e) 15% et (f) 20%.

Les résultats montrent que les briques géopolymérisées avec un taux supérieure ou égale à 15% de

liant géopolymères ont des propriétés assez voisines aux BTC stabilisées au ciment. Elles présentent

des résistances à la compression supérieures à 4 MPa, requise par la norme de CRATerre et une bonne

stabilité à l’eau (figure 1). La conductivité thermique des BTC géopolymérisées est également

nettement inférieure à celle des BTC stabilisées au ciment.



Geopolymer as new ecomaterial: control of formation and working

properties

Ameni GHARZOUNI1, Emmanuel JOUSSEIN

2, Sylvie ROSSIGNOL

1

1 Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS), 12 rue Atlantis,

87068, Limoges Cedex, France

2 Université de Limoges, GRESE EA 4330, 123 avenue Albert Thomas, 87060, Limoges

Over the last decades, geopolymers have gained tremendous interest as promising new binders,

environmentally friendly and with good working properties. These ecomaterials result from the

activation of an aluminosilicate source by an alkaline solution. Elucidation of the interaction of the

alkaline solution with the aluminosilicate source requires a deeper comprehension of the

geopolymerization mechanism and the parameters that can affect it. The objective of this work is to

study the effect of the alkaline solution reactivity and metakaolin properties on the geopolymer

formation. For this purpose, several geopolymer samples were synthesized from various alkaline

solutions and metakaolins that differ in term of reactivity. The structural evolution of the reactive

mixtures was investigated using FTIR and 27

Al NMR spectroscopies during the formation. The

measurement of mechanical strength was tested by compression.

The results allow to evidence on one hand that the type and the amount of siliceous species and non

bridging oxygen atoms controls the alkaline solution reactivity. On the other hand, the metakaolin

reactivity increases essentially with the increase of purity degree, amorphous phase and wettability

value. Then, the investigation of geopolymer formation using in situ FTIR spectroscopy revealed that

the metakaolin impurities are responsible of the generation of several networks. However, the

geopolymer network is favored in the case of highly reactive alkaline solution. Further structural

informations were given by in situ 27

Al NMR. It was proven that the reactivity of metakaolin and more

greatly the reactivity of alkaline solution ensure higher conversion rate of Al(VI)

and Al(V)

species to

Al(IV)

that may reach 80%. Better compressivestrengths (>60 MPa) were obtained for higher

conversion rates. Thus, it is possible to control the geopolymer formation and resulting properties by

controlling the raw precursors reactivity.



POSTERS



Matrices géopolymères à partir de sédiments fins issus de retenues

hydroélectriques : application aux sédiments de la Rance

FARGES Rémi 1,2

, ANGER Baptiste 1, GHARZOUNI Ameni

2, THERY François

1,

CARTIER Michel 3, JOUSSEIN Emmanuel

4, ROSSIGNOL Sylvie

2

1EDF R&D, Département Éco-Efficacité et Procédés Industriels (EPI), EDF Lab Les

Renardières, 77818 MORET SUR LOING cedex 2SPCTS, UMR CNRS 7315, Université de Limoges, 12 rue Atlantis 87068 LIMOGES cedex

3ENSCI, Centre Européen de la Céramique, 12 rue Atlantis 87068 LIMOGES cedex

4GRESE, EA4330, 123 avenue Albert Thomas, 87060 LIMOGES

Les opérations de dragage de sédiments sont parfois nécessaires pour garantir une bonne

exploitation des ports, des voies navigables et des retenues d’eau. Dans une démarche

d’économie circulaire, il y a un intérêt à valoriser les sédiments stockés à terre (considérés par

la réglementation comme un déchet) afin de potentiellement préserver les ressources

naturelles. Dans cette logique, EDF R&D travaille avec le SPCTS pour valoriser les

sédiments fins de retenues hydroélectriques comme matière première minérale alternative,

venant en substitution ou en complément des matières premières minérales argileuses

« naturelles ». Les travaux de recherche portent par exemple sur l’utilisation de sédiments fins

pour la fabrication de céramique traditionnelle, de liants hydrauliques et pouzzolaniques1.

Dans ce cadre, cette étude utilise les sédiments fins provenant du piège de Lyvet, dans

l’estuaire de la Rance (Bretagne), comme source aluminosilicatée pour l’élaboration de

matrices géopolymères. Ces nouveaux liants minéraux à froid, dont la fabrication émet peu de

CO2, sont intéressants pour diverses applications techniques du fait des propriétés d’usages

telles que de bonnes performances en terme de résistance au feu, de résistance aux acides et

de résistance mécanique.

Les caractéristiques physicochimiques, structurales et thermiques des sédiments bruts ou

traités thermiquement ont été déterminées afin d’identifier leur réactivité. Une étude de

faisabilité a ensuite été initiée afin d’évaluer les quantités limites des sédiments bruts ou

traités, à ajouter au sein des formulations géopolymères bien éprouvées dans le laboratoire.

Les premiers résultats mettent en exergue la possibilité de réaliser des liants géopolymères à

base de sédiments en tant que source aluminosilicatée.

REFERENCES 1

Faure A., Smith A., Anger B., Coudray C., Colina H., Moulin I., Théry F. (2016). Reuse

opportunities of dam fine sediments as hydraulic and pozzolanic binders. WasteEng 2016, may 23-26,

2016, Albi (France).



Improving the clay bricks production: experimental clay mixtures and geopolymer

binders

Julie PEYNE1,2

, Jérôme GAUTRON2, Julie DOUDEAU

3, Emmanuel JOUSSEIN

4, Sylvie

ROSSIGNOL1

1 SPCTS, CEC, 12 rue Atlantis, 87068 Limoges Cedex, France

2Bouyer Leroux, L’établère, 49280 La Séguinière, France

3Bouyer LerouxStructure, 31 route d’Auch 31170 Colomiers, France

4Université de Limoges, GRESE EA 4330, 123 avenue Albert Thomas, 87060 Limoges, France

As part of optimized energy consumption, clay brick is the ideal solution for the building construction

and eco performance buildings. Indeed, it is characterized by insulation properties, intrinsic to the raw

clay materials used, and by its ability to regulate interior temperature due to its high thermal inertia.

With a view of sustainable development, the goal "waste zero" in the brick clay process is to be

achieved. Thus, the production optimization requires understanding of various phenoma, such as the

manufacturing technique and the impact of raw materials on the production. Nonetheless,

characterizatio methods used currently in the brick production plan don't allow the distinction between

clays materials. The aim of this work is to investigate and understand the role of raw materials on the production. This

study consists thus of the use of physic and chemical characterization techniques and of the use of

several raw clays materials used initially in the brick production. First, physical and chemical characterization of the clays were studied. Moreover, the mineralogy was

determined by X ray diffraction and FTIR spectroscopy. The firing behavior was investigated by DTA

measurments. Then, experimental clay mixtures were studied in order to obtain some abacus plots to

help in the brick production understanding. Next, the waste brick products were used in geopolymer

mixtures. Finally, the impact of some clay minerals was determined and it was showed that the waste

brick products are potential aluminosilicate materials for the geopolymer binders synthesis.



Synthèse de mousses minérales à porosité contrôlée : application à la décontamination

nucléaire Svetlana Petlitckaia, Arnaud poulesquen

CEA Marcoules, LP2C (Laboratoire de Physico-Chimie des matériaux Cimentaires)

L’objectif de ce travail est de synthétiser des mousses inorganiques de géopolymère pour la

décontamination des effluents liquides. Le géopolymère est un liant inorganique méso-macro-poreux

qui est obtenu par activation alcaline d'une source d'aluminosilicate à température ambiante.

L'utilisation de la surface spécifique élevée intrinsèque au géopolymère permettra de faire le greffage

pour piéger sélectivement les éléments radioactifs. La création de macroporosité connectée facilitera le

transport de fluide contaminé.

Pour élaborer une mousse, plusieurs paramètres doivent être contrôlés:

• le terme source (agent porogène et sa concentration),

• la nature et la concentration des agents tensio-actifs pour stabiliser les bulles de gaz et éviter leur

coalescence,

• le comportement rhéologique (facilement contrôlable par la formulation du géopolymère).

Dans cette étude, un géopolymère au sodium est étudié [1] et le peroxyde d'hydrogène est utilisé

comme agent porogène (il se décompose en milieu alcalin selon : 2 H2O2 → 2 H2O + O2). Les

résultats montrent qu'il est possible d'obtenir un monolithe avec une porosité hiérarchique répondant

au cahier des charges (taille de bulles homogènes, bonne tenue mécanique…). Le contrôle de la

macroporosité (la distribution et la taille des bulles) peut être effectué via la nature et la concentration

en tensioactif (TA) et les paramètres de formulation du géopolymère.

Il est ainsi montré que l’augmentation de la concentration en TA permet de diminuer la taille des

bulles jusqu’à une concentration critique proche de la CMC (la concentration micellaire critique).

Selon la nature du tensioactif, la macroporosité est totalement fermée (cationique) avec de bonnes

résistances mécaniques du monolithe alors qu’avec un TA anionique la macroporosité est totalement

connectée mais les résistances mécaniques ne sont pas satisfaisantes. Les paramètres de mélange ont

également un rôle important dans la taille des bulles de gaz formées.

Etant donné la multitude de paramètres expérimentaux à contrôler, la modélisation de la formation de

ces mousses inorganiques par une description fine de tous les phénomènes physiques tels que le terme

source, le processus de nucléation et de croissance, le comportement rhéologique et le gonflement, est

en cours. Le but est de déterminer les paramètres prépondérants pour le contrôle d’une distribution en

taille de bulles visée.

(a) (b)

Figure 1 : (a) mousse de géopolymère et (b) l'image de tomographie X de mousse

Références : [1] Steins, P., A. Poulesquen, O. Diat, and F. Frizon, Structural Evolution during Geopolymerization from an Early

Age to Consolidated Material. Langmuir, 2012. 28(22): p. 8502-8510.



Using lakhouat (NW Tunisia) mine tailing in metakaolin based geopolymers

J. Nouairi1, W. Hajjaji

2,3, C. PATINHA

2, E. SILVA

2, F. Rocha

2, M. Medhioub

1

1 Dept of Geology, Faculty of Sciences of Sfax, 3018, Sfax-Tunisia

2 Geobiotec, Geosciences Dept, University of Aveiro, 3810-193 Aveiro. Portugal

3 Natural Water Treatment Laboratory, CERTE, BP 273, 8020 Soliman, Tunisia

Since the late 19th Century, the north of Tunisia, a major lead-zinc province, has seen intense mining

activity1. The open air stored tailings contain huge amounts of potentially toxic elements. Various

natural processes led to their transfer to surrounding soils and water pools2. One imminent case,

Lakhouat (North-western Tunisia) was a lead and zinc ore mine. Its exploitation lasted almost

a century (1892- 1992) and led to huge tailing deposits (600.000 tons)3. The primary aim of

this study is the characterization of Lakhouat tailings and their impacts on the environment by

the assessment of the PTE distribution. The mineralogical analysis showed the existence of

pyrite and galena, confirmed by DRX and SEM analysis.

To neutralize the negative impact of the contaminated mining discharges of Lakhouat, tailing

were used/introduced to produce geopolymers. New metakaolin based geopolymer formulations

were elaborated by addition of mining by-products thought sodium silicate/NaOH activation. The

influence on the microstructure and mechanical properties of compositional variation with partial

replacement of metakaolin by Zn-Pb rich rejects (10-20 %) and Si/Al ratio (2.5 and 3.5) were studied.

At initial stage (7 days curing), the combination of these two amorphous materials (metakaolin and

tailing) exhibited suitable compressive strength values (around 5 MPa).

Figure 1 mining village and tailing of Lakhouat

REFERENCES: 1 SAINFELD P. (1952)- Annales des mines et de la géologie numéro 9 les Gîtes plombozincifères de la Tunisie. Imprimerie S.E.F.A.N. Tunis. 252p. 2 Babbou-Abdelmalek C., SebeiA., and Chaabani A. (2011) - Incurred environmental risks and

potential contamination sources in an abandoned mine site. African Journal of Environmental Science

and Technology Vol. 5(11), pp. 894-915 3 ONM Internal report, 2006



Géopolymères à base de métakaolin flash

Raphaëlle Pouhet, Martin Cyr

LMDC-UPS/INSA ; 135, avenue de Rangueil, 31077 Toulouse Cedex 04; France

Les principaux objectifs de cette étude sont d’évaluer la formulation et la durabilité des

géopolymères à base de métakaolin utilisés comme liants dans des matériaux de construction. Les

géopolymères sont des matériaux à activation alcaline faisant l’objet d’études de plus en plus

nombreuses de la communauté internationale car ils représentent une alternative aux ciments

Portland traditionnels. La première partie de cette étude a donc été dédiée à la formulation de ces

matériaux réalisés exclusivement à partir de métakaolin flash et de silicate de sodium et a permis de

mettre en évidence une formulation optimale et des performances comparables à un CEM I 52.5. La

réalisation de béton, allant jusqu’à la fabrication en usine de préfabrication, a montré la capacité des

géopolymères à remplacer totalement les liants hydrauliques connus, en terme de mise en œuvre et

de performances mécaniques. Les questions de durabilité liées au fort taux d’alcalins dans cette

matrice ont été traitées par des études sur la réaction alcali-silice et sur la carbonatation. Les

résultats obtenus ont permis de conclure que la réaction alcali-silice ne serait pas préjudiciable dans

une matrice de métakaolin activé par du silicate de sodium, et que la réaction très rapide des alcalins

de la solution interstitielle des pâtes de géopolymère avec le CO2 atmosphérique ne conduirait pas à

une chute de pH significative, préjudiciable dans les matrices cimentaires, mais faciliterait

l'apparition d'efflorescences.



Alkaline silicate solutions properties and their effect on sand agglomeration

and geopolymer formation

L. Vidal1, E. Joussein

2, J-L. Gelet

3, J. Absi

4, S. Rossignol

1



3 MERSEN, 15 Rue Jacques de Vaucanson, 69720 Saint-Bonnet-de-Mure, France 4 Univ. Limoges, SPCTS, UMR 7315, 12 Rue Atlantis, 87068 Limoges Cedex, France

Nowadays, one of the challenges set by companies is the production of materials with low energy

consumption. Governments also encourage this trend as part of environmental respect. This work is

focused on the electrical protection domain and particularly concerns the fuse technology. In this

context, the consolidation of agglomerated sand and geopolymer formation at low temperature with

alkaline silicate solution are proposed. The agglomeration of sand and the formation of geopolymers

imply to better understand the various properties and the interactions with alkaline solutions. For this

purpose, several silicate solutions with various Si/M molar ratios (M = Na or K) and different dilutions

were studied. To determine the behavior of these alkaline solutions, several parameters were studied

such as (i) pH values, (ii) the various silicates species present in the solution which depend on the

Si/M molar ratio, (iii) the effect of adjuvant such as ammonium molybdate, and finally (iv) the

microwave treatment. A correlation between the Si-O-Si peak position, the silicon concentration and

the Si/M molar ratio (M = Na or K) of the solutions was determined by infrared spectroscopy. This

relation gives nice information about the polymerization of the solutions. 29

Si MAS NMR experiments

of the various alkaline solutions evidenced the influence of the addition of ammonium molybdate or

microwave treatment on the silicate species. Then, the interactions between alkaline silicate solutions

and sand or metakaolin were determined by measuring the wetting angle. Finally, the effect of

different parameters on the microstructure and mechanical properties of consolidated sand was

determined thanks to mechanical tests and scanning electron microscopy. All these characterizations

will help to determine the parameters permitting to obtain a fuse in one process step by geopolymer

coating.



Nouveaux Liants Temporaires pour la Fabrication des Produits

Céramiques

A. Filhol1, L. Soum

1, G. Pillet

1

1Société Française de Céramique (SFC), 6-8 Rue de la Réunion, Les Ulis 91955 Courtaboeuf

La recherche permanente de diminution d’épaisseur des pièces massives en céramique afin de les

alléger (exemple des carreaux de 3mm d’épaisseur) et le développement permanent de nouvelles

formes (nouveau design...) se heurtent à une difficulté de plus en plus grandissante qu’est la tenue des

pièces lors du façonnage avant la cuisson céramique qui consolide par frittage à haute température la

pièce finale. Ainsi, il n’est pas inhabituel de rencontrer dans certaines productions de produits massifs

un taux de rebut avoisinant les 20%.

Une solution pour diminuer ce taux de rebut grandissant est d’améliorer la cohésion des encours de

production notamment grâce à l’utilisation de liants temporaires.

Les géopolymères apparaissent être d’excellents candidats pour remplir ce rôle de par :

- leur nature minérale n’engendrant pas (ou peu) de dégagement gazeux lors du frittage

céramique pouvant occasionner des défauts structuraux.

- leur composition riche en éléments alcalins permettant d’accroître la fusibilité de la masse

céramique et ainsi en diminuer les températures de cuisson.

Toutefois, la mise en œuvre de liants temporaires par la réalisation d’une suspension à pH fortement

basique (pH=12) apparait peu compatible avec les suspensions minérales utilisées en céramique.

La présente étude, réalisée avec le soutien de Bpifrance, a ainsi permis de définir des compositions

originales de géopolymères permettant d’obtenir à courte durée des propriétés mécaniques suffisantes

pour limiter les casses en cru sec (module de flexion en cru sec multiplié par 2) des encours de

production céramique tout en permettant d’en réduire les températures de cuisson (10-15°C environ).

De plus, l’étude a également permis de valider un procédé d’incorporation des géopolymères dans les

masses de céramique par voie sèche permettant l’utilisation de ces liants temporaires dans l’industrie

des carreaux céramiques.

Figure 1 : Carreaux pressés en cru sec a) référence b) 1% de géopolymère c) 2% de géopolymère

REFERENCES: 1 E Prud’Homme ; Rôles du cation alcalin et des renforts minéraux et végétaux sur les mécanismes de formation

de géopolymères poreux ou denses ; Université de Limoges. 2. “Géopolytile” développement de carreaux céramiques respectueux de l’environnement par géopolymérisation

; ICV n°1032/1033, décembre 2010 p. 26-31.



NOTES



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NOTES



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NOTES

Documents

4eme colloque du GIS G3 Limoges 16 et 17 juin 2016 · 2016. 6. 13. · 4eme colloque du GIS G3 Limoges – 16 et 17 juin 2016 PROGRAMME DES 4EME JOURNEES GIS G3 LIMOGES 2016 JEUDI