Argiles naturelles et composés argileu

Les argiles naturelles sont les principaux constituants des sols et sédiments. On les trouve dans la plupart des environnements bruts naturels tels que les terres grasses et molles. L’argile utilisée dans notre étude provient de la région de Maghnia.

De part ses propriétés, l’argile entre en jeu dans de nombreuses applications. Elle possède d’excellentes propriétés adsorbantes, souvent utilisée en catalyse dans l’industrie du pétrole [2]. A l’état brut, sa plus importante application, après cuisson au dessus de 1000°C, est la production de céramiques (porcelaine, faïence…etc). A l’état modifié, l’argile est utilisée dans l’industrie du papier, des produits cosmétiques, dans l’industrie pharmaceutique (fabrication des médicaments, tels : Smecta et Bedelix) et dans la dégradation de composés polluants [3-5]. A un degré moindre, l’argile est utilisée dans de nombreux autres processus industriels tels que la fabrication des peintures, l’aménagement des routes en travaux publics, et la fabrication des alvéoles (pour stockage de déchets radioactifs) [6].

Généralité sur les argiles

Une argile résulte essentiellement de la désintégration physique/mécanique et d’une transformation chimique des roches ignées et métamorphiques. A l’état naturel, l’argile appartient à la famille des aluminosilicates phylliteux appelés couramment les phyllosilicates [7].

Les argiles sont caractérisées par des grains ayant une taille environ de 2 µm qui s’agglomèrent pour donner des agrégats polycristallins [8, 9]. Elles se rapportent à des minéraux microporeux naturels composés de particules de texture très fine à différentes échelles. A l’échelle macroscopique, ces particules sont souvent associées aux minéraux tels que le quartz, le feldspath…etc, et à l’échelle microscopique, les particules correspondent à des matériaux de structure en feuillet bidimensionnelle [7, 9]. La taille fine de ces particules et le caractère aplati de ces minéraux constitutifs, donne à l’argile une grande surface spécifique.

Une argile peut contenir plusieurs phyllosilicates ; le phyllosilicate majoritaire donnera son nom à l’argile naturelle. Par exemple, si le phyllosilicate majoritaire est une montmorillonite, l’argile sera donc «une argile-montmorillonite».

La structure de l’argile naturelle est constituée d’un empilement de feuillets lamellaires qui sont organisés en couches planes bidimensionnelles constituées d’unités structurales tétraédriques et octaédriques reliées par leurs sommets [8, 10]. L’argile a une forte capacité à adsorber des composés à l’état gazeux ou liquide et à admettre de nombreux échanges cationiques dans son réseau. Ces différentes propriétés font que ces matériaux sont utilisés dans plusieurs applications industrielles telles que la séparation des gaz et la récupération des polluants atmosphériques [3, 4, 11].

Composition des argiles

L’argile est composé d’un mélange de minéraux naturels appelés «minéraux argileux» (quartz, feldspaths, oxyde de fer, oxyde titane, oxyde terreux et alcalinoterreux…etc.). Dans une argile, les minéraux argileux à plus fortes teneurs sont :
♦ la silice (quartz, cristobalite, tridymite)
♦ les oxydes et hydoxydes d’aluminium (corindon, gibbsite, diaspore, boehmite…)
♦ les carbonates (dolomite, diobertite, sidérite, calcite, aragonite…)
♦ les minéraux ferrifères (lépidocrocite, maghémite,…etc.) .

Ces minéraux argileux sont évolutifs et sont caractérisés par une certaine plasticité lorsqu’ils sont mouillés et par une dureté et une compacité lorsqu’ils sont secs ; la plasticité étant l’aptitude du minéral argileux à acquérir et conserver toute forme possible au façonnage.

Eléments structuraux de base des argiles

Une argile est formée de plaquettes (ou feuillets) de formes hexagonales irrégulières chargées négativement et d’un espace interlaméllaire contenant des cations (Na+ , K+ , Ca2+) compensateurs de charges. Un feuillet est un assemblage de couches d’octaèdres et de tétraèdres et de cavités hexagonales . Les couches ou unités tétraédriques sont formées de groupements SiO4 et les couches octaédriques sont formées d’oxydes métalliques (oxydes de : Al, Fe, Mg). Les unités tétraédriques et octaédriques existent le plus souvent dans un rapport 2/1 (2 pour les tétraèdres contre 1 pour les octaèdres) ou un rapport 1/1. Ces rapports déterminent le type des phyllosilicates  .

L’arrangement des unités tétraédriques et octaédriques  est basé sur une charpente d’ions O2− et OH− [8, 12]. Les sommets des octaèdres sont occupés par des ions O2− et OH− et les sommets des tétraèdres sont occupés uniquement par les anions O2− . Les éléments Si, Al, Fe, Mg s’organisent suivant un plan X, Y et Z pour constituer des couches octaédriques et tétraédriques dont le nombre détermine l’épaisseur du feuillet. L’ensemble (feuillets + espace interfoliaire) forme une unité structurale appelée l’entrecouche. La distance basale ou équidistance  , notée d001, représente la distance de l’entre-couche [13-15].

Pour le système hexagonale présent dans l’argile, la distance basale correspond à la distance interréticulaire dhkl associée aux plans d’indices de Miller (hkl)=(001). La distance d001, déterminée par DRX, est fonction de la charge et du nombre de molécules d’eau associées à chacun des cations.

Classification des argiles

Le critère le plus simple et le plus employé pour classer les minéraux argileux est le mode d’agencement des tétraèdres et des octaèdres constitutifs des argiles [7]. Trois grandes classes sont définies :
− les minéraux phylliteux
− les minéraux fibreux
− les minéraux interstratifiés .

Notre argile algérienne appartient à la classe des minéraux phylliteux. Selon le déficit de la charge du feuillet, le caractère et le taux d’occupation de la couche octaédrique, il existe trois types d’argiles phyllosilicates :
− type 1/1 (Minéraux à 7 Å)
− type 2/1 (Minéraux à 10-18Å)
− type 2/1/1 (Minéraux à 14 Å) .