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Tableau III-1: Classification des phillosilicates 2:1 (Jozja, 2003) Feuillet Charge par Dioctaédriques Trioctaédriques maille 1: 1 0 Kaolinite (Si 4 )(Al 4 )0 10 (OH) 8 Antigorite (Si 4 )(Mg 3 )0 10 (OH) 8 0 Berthierines (Si 4-x Al x )(Mg 2+ 6-xM 3+ x)0 10 (OH) 8 0 Pyrophyllite (Si 8 )(Al 4 )0 20 (OH) 4 Talc (Si 8 )(Mg 6 )0 20 (OH) 4 2: 1 0,4 à 1,2 SMECTITES 1,2 à 1,8 Montmorillonite + (Si 8 )(Al 4-y Mg y )0 20 (OH) 4 ,M y Beidellite + (Si 8-x Al x )Al 4 020(OH)4 , M x Illites (Si 8-x Al x )(Al 4-y M 2+ y)0 20 (OH) 4 K + x+y 2 MICAS Muscovite (Si 6 Al 2 )(Al 4 )0 20 (OH) 2 K + 2 4 Margarite (Si 4 Al 4 )(Al 4 )0 20 (OH) 2 Ca 2+ 2 Hectorite + (Si 8 )(Mg 6-y Li y )0 20 (OH) 4 M y Saponite + (Si 8-x Al x )(Mg 6 )0 20 (OH) 4 ,M x Vermiculites (Si 8-x Al x )(Mg 6-y M 3+ y)0 20 (OH)4 K + x-y Phlogopite (Si 6 Al 2 )(Mg 6 )0 20 (OH) 2 K + 2 Clintonite (Si 4 Al 4 )(Mg 6 )0 20 (OH) 2 Ca 2+ 2 III.2.2 Microstructure de la bentonite Pour comprendre la microstructure de la bentonite, une revue bibliographique sur la microstructure de la montmorillonite est présentée dans ce paragraphe. La bentonite est constituée en grande partie par ce type de minerai. Les montmorillonites possèdent la propriété de gonflement la plus intéressante de tous les minéraux de la famille des phyllosilicates. La description de ces structures est rendue possible grâce à la Microscopie Electronique à Transmission (MET) et la Microscopie Electronique à Balayage (MEB). Différents auteurs ont mis en évidence trois niveaux d‟organisation dans les systèmes argileux. Le Pluart et al. (2004) en avait proposé un système d‟organisation selon l‟échelle d‟observation proposée. Figure III-2 : Structure multi-échelle de la montmorillonite (Le Pluart et al. , 2004) - 42 -
Les trois niveaux proposés par Le Pluart et al. (2004) (Figure III-2) sera présenté successivement dans les paragraphes suivants. III.2.2.1 Le feuillet Les feuillets sont les unités structurales de base qui définissaient la classification du type d‟argile. Il est assimilable à un disque ou à une plaquette, possédant des dimensions latérales de l‟ordre du micron, et d‟une épaisseur voisine du nanomètre. Ces plaquettes sont considérées comme souples et relativement déformables. Les cations compensateurs à la surface des feuillets de montmorillonite sont généralement des ions calcium ou sodium. On emploie généralement les termes de montmorillonite « calcique » et de montmorillonite « sodique » pour faire référence à la nature de ces cations. III.2.2.2 La particule primaire Les particules constituent le premier niveau d‟organisation. Elles sont caractérisées par un empilement de feuillets identiques parallèlement à leur plan de base. Les forces de cohésion entre feuillets sont plus faibles que celles existantes au sein du feuillet. Si on considère les principales espèces minéralogiques, la structure de la particule observée dans un plan perpendiculaire au plan des feuillets peut se présenter suivant trois grands types d‟empilement: (i) (ii) (iii) Empilement ordonné où les feuillets sont empilés les uns sur les autres dans un ordre parfait, (plutôt pour les kaolinites ou illites anhydres). Empilement semi-ordonné. Dans ce cas, les feuillets successifs présentent des translations "semi-définies". Ils sont séparés par quelques molécules d‟eau, l‟épaisseur de la particule est variable et dépend du degré d‟hydratation. Empilement désordonné. Dans ce cas, des feuillets successifs présentent des translations, des rotations quelconques (Pons, 1980 ; Pedro, 1994). Le plus petit élément cristallin produisant des interférences dans un phénomène de diffraction X a été appelé par Mering et Oberlin (1971) « particule primaire ». La particule la plus grossière, constituée par l‟association de plusieurs particules primaires, a été désignée par les mêmes auteurs par le terme de « particule libre ». La montmorillonite est généralement constituée par l‟association de plusieurs particules primaires, dont l‟extension latérale est particulièrement importante (Pons et al. ,1982 ; Ben Rhaiem et al. ,1986 ; Tessier ,1984). L‟arrangement des feuillets, au sein d'une particule primaire de montmorillonite présente un désordre dans le plan latéral, mais sont tous perpendiculaires à la direction des feuillets (Didier ,1972). Ces auteurs ont défini la particule comme un empilement parallèle. Dans la littérature, on rencontre des travaux sur des bentonites dites « interstratifiées » (Caillère et al. ,1982 ; Laribi et al. ,2005). Parmi ces minéraux, les interstratifiés illite/smectite sont les plus étudiés. On les trouve dans des bentonites couramment utilisées dans les boues de forage (Jozja ,2003 ; M'bodj et al. ,2004 ; Laribi et al. ,2005). L‟empilement des particules se caractérise par le mode de succession des feuillets de nature différente suivant la normale à leur plan. Ainsi, si on considère un minéral interstratifié qui contient deux types de feuillets A et B, on peut envisager essentiellement trois types d‟interstratifiés : ségrégués, réguliers, aléatoires (Figure III-3). - 43 -
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Le Pluart, L., (2002). “Nanocompo
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