Chapitre I
Rappels bibliographiques
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Ces minéraux se caractérisent par les propriétés physiques et chimiques suivantes :
- Une surface importante pour un volume faible : les argiles se présentent sous forme de
particules hexagonales, en plaques ou en fibres, leur surface spécifique est composée
de la surface externe comprise entre les particules et de la surface interne
correspondant à l’espace inter-foliaire (Wakim, 2005). Leur faible taille leur confère
une forte réactivité chimique et physique ainsi qu’une importante surface de contact
(Blanchard, 2000) allant de 5 jusqu’à 800m
2 /g (Marot, 1998). Cette particularité
conditionne pour partie bon nombre de propriétés à l’échelle macroscopique telle que
la capacité de sorption due à la présence de sites SiOH et AlOH à la surface et en
bordure des feuilles (Ramarrions, 2008).
-
La capacité de gonflement en présence d’eau : elle correspond à la capacité de laisser
pénétrer des molécules d’eau dans l’espace inter-foliaire et à la formation d’états
hydratés existants sur des domaines précis de pression relative. Cette capacité
d’hydratation peut être réversible ou non selon les argiles, et en fonction de la pression
et de la température (Marot, 1998), elle est influencée par les arrangements et la
composition minéralogique des feuillets. De même, le gonflement est contrôlé par la
cohésion entre feuillets qui peut se rompre lors de l’hydratation et modifier par la suite
la micro-texture des argiles (Gautier, 2008).
-
La capacité d’échange cationique (échange d’élément avec le milieu) :
l’électroneutralité des charges négatives à la surface des minéraux argileux (smectites,
illites, vermiculites, saponites) est assurée par la présence de cations, compensateurs
(K+, Na+, Ca+), hydratés ou non qui prennent place dans l’espace inter-foliaire. Ces
cations ont la possibilité d’échanger avec ceux contenus dans la solution environnante,
ceci en fonction de leur degré d’affinité pour la surface de l’argile (Marot, 1998).
Ainsi, la capacité d’échange de cations est définie comme le nombre de cations
monovalents ou équivalents qu’il est possible de subsister aux cations échangeables
pour compenser la charge électrique d’un minéral (Gautier, 2008).
Ce phénomène est décrit sous le nom de substitution isomorphe car les dimensions des
feuillets restent quasi-inchangées. (Wakim, 2005), explique en grande partie les affinités qui
existent entre les différentes argiles et certains polluants organiques ou inorganiques (métaux
lourds) (Marot, 1998 ; Lin et Chen, 1998). Outre le type d’argile, la capacité d’échange
dépend également des dimensions des cations à échanger, elle est d’autant plus importante
que le cation est petit (Kribi, 2005). D’autre part, il faut noter qu’il existe deux types de
charges dans les milieux argileux :
- Une charge permanente ou structurelle liée aux substitutions ioniques (Al
3+ pour
Si
4+ dans les couches tétraédriques ; Mg
2+ ou Fe
3+ dans les couches octaédriques).
- Une charge de surface variable selon le pH du milieu liée aux réactions chimiques
qui se produisent à la surface des minéraux (Wakim, 2005).
Ainsi, du fait de leur structure en feuillets, de leur grande surface spécifique et de leurs
propriétés de charge, les argiles sont des agents importants de rétention des métaux dans le
Rappels bibliographiques
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Ces minéraux se caractérisent par les propriétés physiques et chimiques suivantes :
- Une surface importante pour un volume faible : les argiles se présentent sous forme de
particules hexagonales, en plaques ou en fibres, leur surface spécifique est composée
de la surface externe comprise entre les particules et de la surface interne
correspondant à l’espace inter-foliaire (Wakim, 2005). Leur faible taille leur confère
une forte réactivité chimique et physique ainsi qu’une importante surface de contact
(Blanchard, 2000) allant de 5 jusqu’à 800m
2 /g (Marot, 1998). Cette particularité
conditionne pour partie bon nombre de propriétés à l’échelle macroscopique telle que
la capacité de sorption due à la présence de sites SiOH et AlOH à la surface et en
bordure des feuilles (Ramarrions, 2008).
-
La capacité de gonflement en présence d’eau : elle correspond à la capacité de laisser
pénétrer des molécules d’eau dans l’espace inter-foliaire et à la formation d’états
hydratés existants sur des domaines précis de pression relative. Cette capacité
d’hydratation peut être réversible ou non selon les argiles, et en fonction de la pression
et de la température (Marot, 1998), elle est influencée par les arrangements et la
composition minéralogique des feuillets. De même, le gonflement est contrôlé par la
cohésion entre feuillets qui peut se rompre lors de l’hydratation et modifier par la suite
la micro-texture des argiles (Gautier, 2008).
-
La capacité d’échange cationique (échange d’élément avec le milieu) :
l’électroneutralité des charges négatives à la surface des minéraux argileux (smectites,
illites, vermiculites, saponites) est assurée par la présence de cations, compensateurs
(K+, Na+, Ca+), hydratés ou non qui prennent place dans l’espace inter-foliaire. Ces
cations ont la possibilité d’échanger avec ceux contenus dans la solution environnante,
ceci en fonction de leur degré d’affinité pour la surface de l’argile (Marot, 1998).
Ainsi, la capacité d’échange de cations est définie comme le nombre de cations
monovalents ou équivalents qu’il est possible de subsister aux cations échangeables
pour compenser la charge électrique d’un minéral (Gautier, 2008).
Ce phénomène est décrit sous le nom de substitution isomorphe car les dimensions des
feuillets restent quasi-inchangées. (Wakim, 2005), explique en grande partie les affinités qui
existent entre les différentes argiles et certains polluants organiques ou inorganiques (métaux
lourds) (Marot, 1998 ; Lin et Chen, 1998). Outre le type d’argile, la capacité d’échange
dépend également des dimensions des cations à échanger, elle est d’autant plus importante
que le cation est petit (Kribi, 2005). D’autre part, il faut noter qu’il existe deux types de
charges dans les milieux argileux :
- Une charge permanente ou structurelle liée aux substitutions ioniques (Al
3+ pour
Si
4+ dans les couches tétraédriques ; Mg
2+ ou Fe
3+ dans les couches octaédriques).
- Une charge de surface variable selon le pH du milieu liée aux réactions chimiques
qui se produisent à la surface des minéraux (Wakim, 2005).
Ainsi, du fait de leur structure en feuillets, de leur grande surface spécifique et de leurs
propriétés de charge, les argiles sont des agents importants de rétention des métaux dans le