Finissant au doctorat en ingénierie, Andrie Harmaji a effectué sa soutenance de thèse le 9 septembre 2026. Sous la direction de recherche de Reza Jafari (UQAC) et la codirection de Guy Simard (UQAC), sa thèse a pour titre «Development of multifunctional bauxite residue-based Geopolymer enhanced with hybrid photothermal and electrical system for cold regions».
Sous la présidence de Mathieu Fiset (UQAC), le jury d’évaluation était composé de Liew Yun Ming (Universiti Malaysia Perlis), et de Véronique Savard (UQAC).
Résumé de la thèse
Les résidus de bauxite constituent l’un des plus importants flux de déchets industriels générés à l’échelle mondiale lors de la production d’alumine. Leur forte alcalinité, leur volume de production élevé et les exigences de stockage à long terme qu’ils requièrent posent des problèmes environnementaux et économiques majeurs. Par conséquent, la valorisation des résidus de bauxite comme précurseur de géopolymères offre une voie prometteuse pour transformer ce sous-produit en matériau de construction, tout en réduisant la dépendance au ciment Portland.
Cette thèse de doctorat étudie le développement de systèmes géopolymères multifonctionnels à partir de résidus de bauxite humides filtrés et pressés, ainsi que d’autres déchets industriels, pour des applications en régions nordiques. La recherche met l’accent sur l’amélioration de la durabilité face aux cycles de gel-dégel et à l’exposition aux sels de déglaçage, ainsi que sur l’intégration de fonctionnalités photothermiques et de conductivité électrique pour le dégivrage et le déneigement, afin de développer des géopolymères durables capable de chauffage passif par énergie solaire et de chauffage actif par induction électrique.
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La première phase de cette recherche porte sur l’amélioration de la résistance à l’écaillage des géopolymères à base de résidus de bauxite par le remplacement des cendres volantes par de la poudre de verre recyclé (0 à 100 %). Différents rapports cendres volantes/poudre de verre recyclé ont été évalués afin d’optimiser la résistance à la compression et la durabilité au gel-dégel. Le mélange optimal, avec un rapport Si/Al proche de 3,5, a atteint des résistances à la compression supérieures à 40 MPa tout en démontrant une meilleure résistance à l’écaillage sous l’action des sels de déglaçage. Cette résistance a été évaluée par la perte de masse cumulée et la quantité de particules détachées lors des cycles de gel-dégel. Les analyses microstructurales et chimiques, réalisées par microscopie électronique à balayage (MEB), diffraction des rayons X (DRX) et spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), ont révélé une géopolymérisation accrue et une matrice plus dense dans les mélanges à forte teneur en poudre de verre recyclé.
La deuxième phase explore le développement de systèmes géopolymères conducteurs multifonctionnels utilisant des liants à base de laitier et de résidus de bauxite incorporant 1 % en masse de graphite et un agrégat de spinelle riche en fer (0 à 100 %) comme charge conductrice. L’augmentation de la quantité d’agrégat conducteur a permis d’améliorer la résistance à la compression jusqu’à 45,5 ± 2,5 MPa en 28 jours, tout en abaissant la résistivité électrique à des valeurs aussi basses que 42 Ω·m. Sous un ensoleillement artificiel de 1 kW/m², l’élévation de température à la surface du géopolymère conducteur a été estimée à 9,8 °C en 300 secondes, démontrant ainsi sa capacité de conversion d’énergie solaire. Ces résultats ont mis en évidence le potentiel des charges conductrices riche en magnétite pour assurer simultanément des propriétés structurales, conductrices et photothermiques.
La troisième phase intègre le système géopolymère optimisé dans un géopolymère hybride photothermique-électrique destiné à des applications de fonte de la glace et de la neige. Des mélanges géopolymères conducteurs incorporant des agrégats à base de magnétite ont été évalués sous irradiation solaire simulée, exposition à la lumière solaire extérieure et champs électriques externes. Des tests photothermiques ont démontré la fonte de la glace (sans alimentation électrique) par chauffage localisé de la surface, les surfaces exposées atteignant plus de 33 °C sous une simulation solaire de 1 kW/m². Le chauffage par effet Joule électrique, induit par une excitation électrique externe, s’est avéré suffisant pour accélérer les processus de dégivrage et de fonte de la neige à des températures inférieures à zéro. Le matériau géopolymère conducteur présentait une conductivité électrique atteignant 2 mS/cm. Cette phase met en évidence la faisabilité de l’intégration de systèmes photothermiques et électrothermiques au sein des matériaux géopolymères, établissant ainsi une approche multifonctionnelle adaptée aux applications d’infrastructures durables en régions froides, notamment pour les surfaces antigivrages et les systèmes de fonte de neige.
Félicitations à Andrie Harmaji pour la soutenance de sa thèse de doctorat!
