Nous allons maintenant nous intéresser à la structure de la matrice géopolymère des composites afin de déterminer les potentielles interactions avec l’hexadécane ou les tensio- actifs. La matrice géopolymère des composites est ici caractérisée par spectrométrie infrarouge, diffraction des rayons X et RMNh.
1. Structure chimique des composites
Les composites avec du CTAB ou du L35 à sept jours ont été broyés et comparés avec un géopolymère pur par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (réflectance totale atténuée ATR). Les spectres obtenus sont présentés sur la Figure 41. Nous pouvons observer que ces spectres sont identiques, à l’exception de bandes à 2850, 2920 et 2960 cm-1, correspondant au stretching des liaisons C-H appartenant à l’huile présente dans les composites. De la même manière qu’au chapitre II, il est possible de relier le nombre d’onde auquel se trouve la bande des Si-O-T (Renaudin et al., 2009) (élongations symétriques) à la quantité de liaisons Si-O-Al et à l’avancement de la réaction. Cette bande se trouvant à 965 cm-1 pour tous les échantillons, nous pouvons conclure que le rapport Si/Al entrant dans la composition de la matrice n’est pas modifié.
h Afin de procéder à ces caractérisations, les composites ont été broyés dans un mortier en agate. La poudre
Figure 41 : Spectre infrarouge (ATR) normalisé d'un géopolymère et de composites hexadécane/géopolymère à une semaine.
1. Cristallographie des composites
Les diffractogrammes obtenus par diffraction des rayons X (DRX) des composites ont été collectés afin de s’assurer que la présence de l’huile ou des tensio-actifs n’engendre pas la formation de structures particulaires durant la géopolymérisation (Figure 42). Les diffractogrammes des composites hexadécane/géopolymère sont parfaitement superposables à celui du géopolymère pur à l’exception de pics à 21, 27, 36 50 et 60° en 2θ, plus intenses dans le cas des composites. Ces pics de diffraction correspondent au quartz (fiche JCPDS 00-046-1045), impureté contenue dans le métakaolin et considérée comme non réactive. Les seules différences observées sont donc attribuables à une hétérogénéité des impuretés dans le métakaolin.
Lorsque l’on compare les diffractogrammes d’un métakaolin et du géopolymère correspondant, le « déplacement » du halo amorphe vers des angles plus importants en 2θ
(20 Æ 28°) est caractéristique de la géopolymérisation et de la formation de la structure amorphe du géopolymère (Melar et al., 2015). Sur la Figure 42, les diffractogrammes du métakaolin M1000 du géopolymère et ceux des composites sont présenté. Au-delà du déplacement du halo amorphe, les spectres obtenus sont identiques ce qui suggère que les structures amorphes du géopolymère et des composites sont proches
Nous pouvons donc affirmer que la structure cristallographique des composites est identique à celle du géopolymère et que la présence d’huile ou de tensio-actifs n’entraine
pas la formation de nouvelles structures cristallines observable par DRX.
Figure 42 : Diffractogramme X du métakaolin, d'un géopolymère et de composites hexadécane/géopolymère à une semaine.
2. Conformation de l’aluminium
Sur la Figure 43 sont présentés des spectres RMN solide 27Al du métakaolin M1000 et des composites hexadécane/géopolymère avec du L35 ou du CTAB comme tensio-actif. Comme cela a déjà été rapporté dans la littérature, au sein du métakaolin, il est possible de trouver l’aluminium en coordinance IV, V et VI. Ceci se traduit sur le spectre RMN 27Al
par la présence de 3 bandes convoluées centrées respectivement sur -55, -30 et 0 ppm. Lors de la géopolymérisation, l’aluminium du métakaolin est dissous et intégré dans la matrice géopolymère en coordinance IV. Il est possible d’observer sur la Figure 43 une unique bande centrée sur 55 ppm, pour le géopolymère comme pour les composites, correspondants aux Aluminiums Q4(0Al). Cette observation est en accord avec la littérature
et la loi d’exclusion de Loewenstein, impliquant que des liaisons entre tétraèdres AlO4 sont
défavorables dans les aluminosilicates (Massiot et al., 2013, Loewenstein, 1954). Ceci confirme une nouvelle fois que la dissolution du métakaolin n’est pas inhibée par la présence d’huile et que la structure chimique de la matrice des géopolymères est similaire à celle d’un géopolymère pur.
Figure 43 : RMN MAS 27Al à 10 kHz du métakaolin M1000, d’un géopolymère et des composites hexadécane/géopolymère âgés d’une semaine.
3. Présence de l’hexadécane dans le composite broyé
Enfin, le géopolymère et les composites ont été caractérisés par RMN solide 1H. Les
résultats obtenus sont présentés sur la Figure 44. Pour le géopolymère pur, une seule bande est observée, centrée sur -5 ppm. Cette bande correspond aux protons des hydroxydes. Dans le cas des composites, elle est accompagnée d’une seconde centrée sur -1.25 ppm. Celle-ci correspond à la convolution des contributions des protons de l’hexadécane dont le déplacement chimique est de 0.9 ppm pour les CH3 et de 1.4 ppm pour les CH2. La RMN 1H permet donc de confirmer la présence de l’hexadécane à l’intérieur des composites.
Dans le cas de confinement d’huiles réactives, la RMN pourrait permettre de vérifier que la structure de l’huile n’a pas été altérée par le conditionnement.
Figure 44 : RMN 1H à 10 kHz d'un géopolymère et des composites
hexadécane/géopolymère âgés d'une semaine.
Nous pouvons conclure suite aux analyses par spectroscopie infrarouge, diffraction des rayons X et RMN du solide que la structure chimique du géopolymère dans les composites est identique à celle d’un géopolymère pur en mode additif avec la partie organique sans
néanmoins présenter de fortes interactions aux échelles observées. Les connaissances accumulées dans la littérature sur l’impact de la formulation du géopolymère sur ses propriétés structurales seraient donc directement transposables aux composites.