MAGIEC : Matériaux Géo-sourcés pour la diminution des Impacts Environnementaux de la ConstructionChaire Professeur Junior
La lutte contre le réchauffement climatique constitue sans doute le plus grand défi du XXIᵉ siècle. Elle impose une réduction massive des émissions de gaz à effet de serre et s’inscrit plus largement dans la nécessité de préserver les ressources naturelles, de limiter la dégradation des écosystèmes, de réduire la pression croissante sur les infrastructures de transport, etc. Matériau clef depuis deux siècles, le béton à base de ciment Portland a un impact environnemental négatif majeur. En 2023, la production cimentière (4,1 milliards de tonnes) a généré 6 à 8 % des émissions mondiales de CO₂, par décarbonatation du calcaire et consommation d’énergies fossiles lors de sa calcination.
Depuis une quinzaine d’années, les matériaux à base d’argiles calcinées suscitent un intérêt croissant, notamment lorsqu'il s'agit de valoriser des sous-produits industriels locaux (terres excavées et boues de lavage par exemples). Éthiques, économiques et à plus faible impact environnemental, ils peuvent même améliorer le confort de l’habitat. Leur industrialisation exige toutefois une caractérisation approfondie de leurs propriétés (mécaniques, thermo-hydriques, résistance au feu) ainsi qu’une évaluation robuste de leur durabilité, afin d’en permettre une utilisation généralisée. À ce jour, cela implique la création de filières dédiées, un processus exigeant un engagement sur le long terme qu’il devient impératif d’accélérer compte tenu de l’urgence climatique.
Les mécanismes d’interaction entre argiles calcinées, ciments et adjuvants restent encore peu comprises, en particulier à l’échelle physico-chimique. Leur rôle sur l’évolution microstructurale et les performances mécaniques des matériaux LC3 et des géopolymères demeure, par conséquent, insuffisamment caractérisé. Les argiles, complexes et multiphasiques, contiennent de nombreux minéraux, matières organiques, oxydes, ions en solution, etc., dont chaque composant peut, après calcination, affecter la rhéologie, la résistance ou la durabilité d’un matériau. Étudier ces systèmes réactifs hydrauliques ou alcali-activés est essentiel pour lever les freins techniques rencontrés en laboratoire et sur chantiers.
Travaux précédents :
Parmi les matériaux cimentaires, les géopolymères à base de métakaolin activé par silicates de sodium présentent une porosité atypique, de type bimodal. Cette caractéristique confère au matériau un comportement physico-chimique particulier, notamment en termes de variations différentielles (voir figure sur le retrait). Elle ouvre également la voie à des applications innovantes, exploitant ses propriétés hydrothermiques, comme l’utilisation de l’évapotranspiration pour atténuer les îlots de chaleur urbains.
Figure : (a) Pâte de géopolymère, (b) Retrait total observé sur mortier géopolymère,
image tirée de Trincal, V. et al., 2022, Shrinkage mitigation of metakaolin-based geopolymer activated by sodium silicate solution. Cement and Concrete Research 162: 106993.
Vincent TRINCAL,
Mon parcours à l’interface entre géosciences et génie civil m’a permis d’acquérir une expertise avancée sur les matériaux argileux, depuis leur microstructure jusqu’à leurs applications dans les liants et bétons. Je maîtrise un large éventail de techniques de caractérisation des argiles et leur interprétation dans des contextes variés : interactions fluide–phyllosilicate, activation, stabilité ou réactivité en matrices cimentaires.
Mes recherches académiques portent sur la formulation de liants hydrauliques ou alcali-activés à base d’argiles calcinées. Mon expérience industrielle me permet d’appréhender l’ensemble de la chaîne de valeur (TRL 1 à 9), depuis l’extraction jusqu’à la commercialisation, en intégrant les enjeux environnementaux, normatifs et de performance.
Je souhaite désormais développer des matériaux à base d’argiles encore peu ou pas valorisées, telles que des argiles non kaolinitiques issues de fines de carrières, de terres excavées ou encore de sédiments de dragage. L’enjeu est d’en faire de nouvelles additions minérales après calcination, de convertir ces déchets en ressources valorisables et potentiellement rentables.