La diffraction aux rayons X des matériaux géopolymèriques durcis (résine et ciment) ne propose pas d’information pertinente sur la structure amorphe. Par contre, la spectroscopie à haute résolution MAS-NMR (résonance magnétique nucléaire) de 29Si et 27Al est un outil très puissant qui fournit des données précises sur la structure.
Pour plus d’informations à jour, voyez le livre de Davidovits, Geopolymer Chemistry & Applications. Vous pouvez aussi téléchargez les articles #12 J. Thermal Analysis, #3 NASTS award ou #8 Alkaline Cements and Concretes. D’autres moyens d’investigation scientifique, incluant DTA, XRF, ANOVA, NMR liquide, spectroscopie FTIR, SEM, TEM, résistances mécaniques, résistance à la fatigue et cycles sous contraintes, flèches sous contraintes, résistance thermique, comportement au lessivage, conductivités hydrauliques, stabilité microbienne, sont discutés dans de nombreux articles présentés au Congrès Mondial Geopolymer 2005 et publiés dans les Actes du Congrès Geopolymer 2005 ou dans les livre Geopolymer Chemistry & Applications.
Mise en évidence des oligomères par RMN
Les éléments moléculaires de base (monomère, dimère, trimère, tetramère, pentamère) sont appelés oligomères. L’oligo-sialate désigne le monomère ortho-sialate, le dimère est le disialate, etc.; de même pour l’oligo(sialate-siloxo) et l’oligo(sialate-disiloxo). Au début de la recherche sur les géopolymères en 1976 et pendant au moins 15 ans, Joseph davidovits supposa que la synthèse géochimique intervenait à travers d’hypothétiques oligomères (dimère, trimère) non détectables. La polycondensation qui applique cette hypothétique fabrication d’unités oligomériques aboutissait à la synthèse de structures réelles formant un réseau macromoléculaire tri-dimensionnel comme illustré par la figure ci-dessous. Les articles publiés lors du Premier Congrès Géopolymère en 1988 et au second 11 ans plus tard en 1999, ne pouvaient pas encore présenter les détails scientifiques décrivant le vrai mécanisme de réaction.
Mécanisme de réaction des sialate et sialate-siloxo décrit comme hypothétique par Davidovits en 1988.
Le mérite de T.W. Swaddle et de son équipe (North M.R. et Swaddle T.W., (2000), Kinetics of Silicate Exchange in Alkaline Aluminosilicate Solutions, Inorg. Chem., 39, 2661-2665) est d’avoir démontré l’existence de molécules aluminosilicate solubles en solution, à forte concentration et à pH élevé. Ils réussirent à améliorer les résultats de leur recherche en effectuant leur étude à très basse température, à savoir -9°C. En effet, il a été découvert que la polymérisation des oligo-sialates survenait à une vitesse d’environ 100 millisecondes, c’est-à-dire 100 à 1000 fois plus rapidement que la polymérisation d’unités ortho-silicate et oligo-siloxo. À température ambiante ou plus haut, la réaction est si rapide qu’elle ne peut pas être détectée avec les équipements RMN conventionnels.
Cinq solutés d’ortho-sialate isolés dans des solutions de KOH, d’après North et Swaddle (2000).
Les hypothétiques oligomères mis en avant dans la synthèse géopolymère ne sont plus des molécules virtuelles. Elles existent réellement sous formes solubles dans des solutions concentrées, à pH élevé. L’étude de Swaddle confirme les mécanismes de polymérisation provisoirement rapportés plus tôt par Davidovits (1976) mettant en jeu des oligo-sialate, oligo(sialate-disiloxo) linéaires, réticulés et cycliques, unités de départ de la construction géopolymèrique.
