Influence des caractéristiques physico- chimiques d’une eau chargée en argile

Dans ce chapitre on travaillera avec une suspension de deux types d’argile sous conditions contrôlées de cisaillement et de salinité de la solution. Ce travail se divise en deux parties, la première sur la caractérisation des argiles et la seconde sur l’étude de l’impact de l’argile combiné à la présence (ou non) du sel NaCl sur l’évolution du débit en sortie des goutteurs. Deux types d’argile ont été retenus pour cette étude : un mélange argilo-calcaire à base d’illite pour son abondance dans les eaux superficielles qui alimentent les systèmes d’irrigation, et une bentonite pour sa réactivité et sensibilité aux conditions physico-chimiques (telles que la concentration en sel) et aux conditions hydrodynamiques, lors de la mise en service de ces systèmes d’irrigation Cette mesure permet de déterminer les éléments constitutifs d’un matériau. Le protocole et le principe sont détaillés dans le paragraphe (II.1.6) C’est un mélange qui se présente sous la forme d’une poudre grisâtre. L’analyse minéralogique, donnée par le diagramme (Figure IV-1), nous indique que ce mélange est issu d’un gisement argileux à base d’illite et de kaolinC’est une argile « plastique » dont le nom vient de Fort Benton aux Etats-Unis. Connue parfois sous le terme générique de terre de foulon (qui regroupe aussi d’autres argiles absorbantes), elle est essentiellement constituée de Montmorillonite Les gisements de Bentonite sont d’origine volcanique ou hydrothermale.

L’ABSOCLAY® NAW est une Montmorillonite Sodique Naturelle extraite au Wyoming (USA) et traitée à l’usine de CMMP de Saint-Quentin (02). L’analyse minéralogique de cette bentonite par diffraction X confirme l’abondance de montmorillonite sodique (Figure IV-2) de formule (Na0.3(Al,Mg)2Si4O10(OH)2.4H2O), qui lui confère des propriétés remarquables de gonflement en présence d’eau dans l’espace inter- foliaire. d’études pour nous donner la valeur de la charge électrique de surface des particules en suspension. Cette mesure du potentiel Zêta, nous permet d’estimer l’intensité des répulsions Les particules, provenant de l’érosion des sols et transportées par l’eau, ont une certaine charge de surface. Cependant l’intensité de leur charge varie en fonction de leur nature, de la salinité de l’eau, et surtout du pH. Les particules minérales sont majoritairement chargées négativement à pH voisin de la neutralité. C’est l’épaisseur de la couche diffuse qui définit la distance d’incidence des répulsions électrostatiques entre deux particules identiques. On parle de longueur de Debye. Au delà de cette distance, le potentiel électrique n’a plus d’effet sur les interactions entre les particules. Le potentiel zêta est une grandeur mesurable expérimentalement qui permet d’estimer la charge électrique de surface d’une particule. Celui-ci est variable selon les conditions du milieu et notamment le pH qui influence directement la charge des particules, mais également en fonction de la présence de diverses éléments chimiques sous forme ionique (Na+, K+, etc.) qui modifient l’équilibre électrique du milieu.

Si une particule est soumise à un champ électrique, celle-ci ce déplace à une vitesse caractéristique et proportionnelle à sa charge et à l’intensité du champ. Lors de son déplacement, la particule chargée entraîne avec elle les contre-ions de la couche de Stern, alors que le nuage ionique de la couche diffuse s’étire dans le sens opposé (Figure IV-4). L’interface entre ces deux couches est appelée plan de coupure hydrodynamique. La vitesse de déplacement de la particule sous le champ électrique est appelée mobilité électrophorétique. Elle peut être mesurée expérimentalement par analyse d’image sous microscope ou bien par diffusion de lumière. Le potentiel électrique au plan de coupure hydrodynamique est directement tiré de la mobilité électrophorétique par la loi de Henry. C’est le potentiel Zêta, exprimé en [mV]. Lorsque la concentration en sel augmente jusque 0,01 M, le potentiel zêta des particules augmente de -20 à -45 mV. Puis pour des concentrations en sel supérieures, il diminue de nouveau jusque -20 mV. Cette évolution non monotone est certainement due à la nature minérale hétérogène de l’échantillon et/ou à son agrégation.