Caracterisations de la magadiite

La magadiite est un silicate naturel rare. Elle a été découverte avec la kenyaite par Eugester [1] dans le lit du lac magadi au Kenya, en 1967. D’autres gisements ont été découverts plus tard dans l’Oregon et en Californie [2]. La magadiite appartient à la famille des polysilicates hydratés comme la makatite (autre minéral découvert dans le lac magadi [3]), la Kanémite, l’octosilicate et la Kenyaite. La structure de ces matériaux, est généralement formée de feuillets silicates séparés par des cations sodium hydratés. Ces cations qui assurent la neutralité électrique de la charpente silicate anionique sont facilement échangeables en solution ; ce qui confère à ces matériaux des propriétés d’échange d’ions et d’interaction remarquables. On notera que chacun de ces matériaux est caractérisé par une composition chimique et une distance interréticulaires (d001) spécifique (cette distance est comprise, suivant la nature du matériau, entre 0.9 et 2 nm) (Voir tableau I-1). Parmi les membres de cette famille, seule la structure de la makatite est connue avec précision, elle a été résolue par les méthodes de diffraction de rayons X conventionnelles en 1980 par Annehed et al. [4, 5]. Depuis, l’utilisation des techniques d’analyse de plus en plus performantes telles que la résonance magnétique nucléaire du solide à haute résolution avec rotation à l’angle magique (RMN), des modèles de structures ont alors été proposés [6-10]. L’utilisation de la méthode de Rietveld a permis la résolution des structures de la kanémite et du matériau RUB-18 (octosilicate ou encore ilerite) [11] à partir des diffractogramme de rayons X sur poudre.

Microscopie électronique à balayage

La magadiite cristallise sous forme d’agrégat sphériques très denses et ressemblant à des « choux », avec en général une distribution inhomogène de leur taille (de 3.8 à 16.9µm environ) [13]. Les petites dimensions des entités individuelles (cristaux) n’ont pas permis une résolution complète de la structure par les méthodes de diffraction de rayons X conventionnelles.

Spectroscopie infrarouge

En plus des vibrations internes et externes des tétraèdres SiO4 communes à tous les polysilicates de cette famille, la magadiite se distingue par la présence de trois bandes de vibrations spécifiques à 620, 580 et 540 cm -1 , attribuées aux vibrations des doubles cycles à six tétraèdres [14]. Un spectre infrarouge type de la magadiite Na a été donné par kosuge et Tsunashima [14].

SYNTHESE DES POLYSILICATES LAMELLAIRES :

Les polysilicates lamellaires peuvent être synthétisés au laboratoire en utilisant un procédé hydrothermal. La première synthèse effectuée est celle de l’octosilicate de sodium qui a été réalisée par Mc Culloch en 1952 [15]. Elle a été préparée en mélangeant 15 moles de gel de silice, 3,6 moles d’hydroxyde de sodium et 30 moles d’eau. Le gel est placé dans une ampoule en pyrex scellée puis chauffé à 100 °C pendant quatre semaines. Le même auteur a réussi aussi la synthèse de la magadiite et de la kenyaite avant même leur découverte en tant que minéraux naturels [16]. Lagaly a procédé à la synthèse de la magadiite en 1975 [17]. Ainsi, il a préparé un mélange de 9 moles de gel de silice, 2 moles d’hydroxyde de sodium et 75 moles d’eau, le mélange a été chauffé à 100 °C pendant quatre semaines.

Ce procédé hydrothermal est toujours très connu de nos jours pour la synthèse des polysilicates. Par contre les conditions expérimentales ont été modifiées de façon à réduire le temps de réaction. Ainsi, la magadiite a été obtenue après seulement une journée de cristallisation [18], c’est en augmentant la température de la réaction que le temps peut être considérablement réduit [19-25]. La cristallisation des silicates lamellaires en utilisant des solvants organiques comme agents structurants a été rapporté dans la littérature [16, 26-27]. Schwieger et al, ont préparé la kenyaite, en utilisant le chlorure de poly (diéthyldiallylammonium) comme template [16, 28] . Plusieurs auteurs ont préparé la magadiite en utilisant des agents structurants différents pour obtenir une cristallinité meilleure et des propriétés plus performantes [29-31].

PROPRIETE D’ECHANGE IONIQUE :

Ce type de réaction concerne l’échange des cations interlamellaires des polysilicates en feuillets tels que la magadiite avec d’autres cations comme les protons, les cations organiques de type alkylammonium, les alcalins et alcalino-terreux (magnésium, calcium, et potassium) et les métaux (platine, cobalt, europium, argent). L’échange ionique des ions sodium de la magadiite avec les protons, pour former l’acide silicique correspondant, ont été parmi les premières réactions de ce genre effectuées sur les polysilicates lamellaires [15]. D’autre part, différents types de cations de type alkylammonium, triméthylalkylammonium, diméthyldialkylammonium et dérivés d’alkylpyridinium ont été insérés dans l’espace interlamellaire de la magadiite par échange cationique [50-57].

TRANSFORMATION DE LA MAGADIITE :

En étudiant l’effet des rapports relatifs des différents réactifs utilisés dans la synthèse de la magadiite ainsi que l’influence du pH, du temps et température de réaction, les chercheurs ont pu observer qu’il existe une relation entre la formation de la magadiite, de la kenyaite et du quartz. Effectivement, le quartz naturel est considéré comme étant formé à partir d’une solution saturée d’acide silicique ou de silice amorphe sur une période de temps très longue (des centaines d’années) et à des températures d’environ 100°C. Plusieurs études de la cristallisation de la silice amorphe en solution ont mené à la conclusion que la magadiite est un précurseur de la kenyaite [60]. Ces résultats expérimentaux sont présentés sous la forme suivante :
Solution de silicates ➞ Magadiite ➞ Kenyaite ➞  quartz .