Liants phosphatés à base de talc : synthèse et caractérisation

Abstract

Cette étude porte sur la formulation de ciment à base de talc. Le défi majeur était de mobiliser le magnésium contenu dans le talc pour l'obtention de ciment. La caractérisation de l’échantillon de talc utilisé a été effectuée et montre que l'échantillon contient majoritairement du talc (>85 %) avec de la chlorite, de l'oxyde de fer et une amphibole comme minéraux associés majeurs. Pour améliorer la mobilisation du magnésium, des traitements thermiques du talc ont été effectués et l'évolution structurale a été suivie par diffraction de rayons X (DRX) et spectroscopie infra rouge à transformée de Fourier (IRTF). Il apparaît ici que le talc évolue en enstatite à partir de 800 °C. Au cours de la formulation des ciments, le talc brut a d'abord été utilisé avec ajout de 5 à 20 % de magnésie. L'utilisation de la diffraction de rayons X, de la spectroscopie infra rouge à transformée de Fourier et de la microscopie électronique à balayage couplée à la spectroscopie à dispersion d'énergie (MEB-EDS) montre que le magnésium de la structure du talc réagit mais cette réaction est limitée. L'ajout de 10 % de magnésie apporte une amélioration significative des réponses mécaniques des produits. Dans la suite, le talc cuit à diverses températures (500, 600, 700, 800, 900 et 1000 °C) a été utilisé et l'ajout de magnésie a été limité à 10 %. La mesure de la résistance à la compression et du retrait linéaire ainsi que la DRX, l'infrarouge et la MEB-EDS, montre une formation cimentaire accrue dans les formulations à base de talc cuit et ceci même pour les produits de cuisson dans lesquels l'enstatite ne se forme pas (T< 800 °C). Pour les produits cuits à 800, 900 et 1000 °C, la présence de l'enstatite formée s'est révélée être un facteur influençant la disponibilité du magnésium. Un maximum de mobilisation est obtenu pour la cuisson à 900°C. Au delà de cette température, une cristallisation meilleure de l'enstatite limite la disponibilité du magnésium. L'utilisation de deux phosphates différents (KH2PO4 et NaH2PO4.2H2O) a permis une comparaison qui indique que la structure de la struvite formée (MgKPO4.6H2O ou MgNaPO4.7H2O) par réaction du magnésium avec le phosphate influence les réponses mécaniques des formulations. L'existence simultanée de struvite cristallisée et amorphe au sein du produit semble favorable à de meilleures résistances à la compression. Ce travail montre qu'il est possible d'envisager le talc comme source de magnésium dans des formulations cimentaires type phosphomagnésien. Le traitement thermique préalable du talc est favorable à la mobilisation du magnésium.