Projet ANR-15-CE07-0013 – DYNAMISTE : Dynamique de fluides Alumino-Silicatés
Programme : Chimie Durable, produits, procédés associés (DS0304) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Madame Magali Duvail (Institut de Chimie Séparative de Marcoule)
Montant : 497220.0 euros
Date de début : 2015
Durée : 42 mois
Résumé : Le projet DYNAMSTE a pour objectif le développement d’outils expérimentaux et théoriques afin d’optimiser les procédés industriels dans lesquels sont impliquées les solutions d’aluminosilicates, comme la liquéfaction de la céramique, les liants pour les peintures minérales, les mortiers réfractaires ou la stabilisation des sols, entre autres, dans une optique de développement d’industries propres. Ce projet rassemble les compétences de trois laboratoires académiques reconnus dans le domaine de la chimie physique de la matière condensée, l’Institut de Chimie Séparative de Marcoule ayant des compétences dans le domaine de la chimie verte (ICSM – UMR 5257), le Département de Traitement et de Conditionnement des Déchets du CEA (CEA/DEN/DTCD Marcoule) qui est spécialisé dans la caractérisation et la formulation de matériaux cimentaires et un laboratoire du CNRS à l’Ecole Polytechnique expert en  physique des Irrégularités (CNRS-PCM – UMR 7643), en collaboration avec un partenaire industriel allemand, Wöllner GmbH & Co. KG, qui est un des leaders dans le domaine de la production de solutions alcalines silicatées.
Grâce à leur adaptabilité environnementale, les solutions d’aluminosilicates sont de plus en plus utilisées. Au cours des dix dernières années, l’utilisation des solutions alcalines de silicate a connu un essor croissant en tant que liants inorganiques à base d’eau, et également en tant que matériaux écologiques pour la construction. Plus particulièrement, au cours des deux dernières années, les solutions alcalines de silicates sont devenues de plus en plus importantes pour les applications dans lesquelles sont impliquées les géopolymères, constituants essentiels de la chimie verte. Une autre application importante est l’utilisation des gels d’aluminosilicates pour la stabilisation des sols et comme barrière étanche afin d’éviter la contamination des nappes phréatiques lors des chantiers. Bien que ces solutions soient de plus en plus utilisées dans l’industrie, un certain nombre de questions reste en suspens concernant leur stabilité, et plus précisément concernant le processus de gélification, ce processus dépendant des paramètres de formulation. Il est donc essentiel de fournir une description claire et réaliste de ces fluides pendant le processus de gélification qui reste assez méconnu et doit être confirmé tant d’un point de vue expérimental que théorique.
Ce projet repose donc sur une approche synergétique couplant des méthodes expérimentales et théoriques. Afin d’accéder à tous les phénomènes spatio temporels de ces systèmes, la partie expérimentale de ce projet reposera sur (i) des études basées sur des techniques de rhéologie couplées à des techniques de diffusion : Dynamic light scattering (DLS), small et wide angle x-ray et (ou) neutron scattering et diffraction (SWAXS, SANS et XRD) et (ii) une approche multi-échelle par RMN (de l’Å à quelques dizaines de µm). Dans le même temps, la partie théorique sera basée sur une approche multi-échelle couplant les simulations de dynamique moléculaire (au niveau microscopique) à des simulations gros grains (à l’échelle mésoscopique), ce qui permettra d’accéder aux propriétés structurales et dynamiques de ces fluides.
Les méthodes expérimentales et théoriques développées au cours de ce projet dans le cadre de la stabilisation des sols, seront transférables et adaptables à d’autres applications industrielles importantes comme la dispersion des argiles, les liants à base de géopolymères, les peintures écologiques et l’accélération des bétons.