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Laetitia FONTAINE et Romain ANGER
Cohésion capillaire dans un mur en terre [ill. 9]
Un pâté de sable fin est beaucoup plus résistant qu’un pâté de sable grossier :
la pression capillaire entre deux grains de sable augmente énormément lorsque
la taille des grains diminue et que la courbure du pont capillaire augmente. Entre
les plaquettes d’argiles, environ mille fois plus petites qu’un grain de sable, les
ponts capillaires ont une dimension extrêmement petite (2 nm environ) : à cette
échelle la pression capillaire devient gigantesque et suffisamment intense pour
construire des édifices de taille importante. Pour un type particulier d’argile, la
kaolinite, il a été montré que la cohésion est essentiellement due aux forces
capillaires : l’eau est le véritable liant, la taille et la forme des plaquettes d’argile
permettant à la cohésion capillaire d’être beaucoup plus importante que dans un
château de sable.
Si l’eau est la colle de la terre, pourquoi un mur en terre ne s’effondre pas quand il
sèche, comme un château de sable A l’échelle nanométrique du pont capillaire
entre les particules d’argile, l’eau ne s’évapore jamais complètement et c’est
même l’inverse qui se produit parfois : l’humidité de l’air peut venir se condenser
entre les plaquettes d’argile, en formant des ponts capillaires microscopiques
de quelques nanomètres et en enrobant les plaquettes d’un film de molécules
d’eau encore plus mince. Ainsi un mur en terre n’est jamais complètement sec : il
contient toujours un peu d’eau entre les plaquettes d’argile, eau qui ne s’évapore
pas car elle est en équilibre avec la vapeur d’eau contenue dans l’air.
Gonflement et retrait des argiles [ill. 10]
Cette physique du château de sable, où la cohésion capillaire n’est possible
qu’à la condition que de l’eau et de l’air soient simultanément présents entre
les grains, n’est d’aucun secours pour comprendre le matériau terre à l’état
plastique, visqueux ou liquide. Dans ces trois états hydriques, la terre est
un mélange de grains saturé d’eau, sans air : il n’existe donc plus de forces
capillaires. Une autre discipline, la physico-chimie des boues d’argile, est alors
davantage adaptée pour décrire et comprendre la terre. Il existe de nombreux
types d’argile qui présentent en particulier des propriétés de gonflement et de
retrait très différentes. Les argiles gonflantes, comme la smectite, sont capables
d’absorber énormément d’eau entre leurs feuillets : elles fissurent énormément
au séchage. Ce n’est pas le cas des argiles non-gonflantes, comme la kaolinite.
La différence principale entre ces deux argiles est que les feuillets de smectite
portent une charge électrique négative tandis que le feuillet de kaolinite est
neutre.
Boues d’argile [ill. 11]
Les propriétés électriques de surface des particules colloïdales gouvernent les
propriétés rhéologiques des boues d’argile. Celles-ci présentent par exemple
la propriété de se transformer en gel au repos ou de se fluidifier lorsqu’elles
sont malaxées. La phase aqueuse dans laquelle sont dispersées les particules
argileuses joue un rôle prépondérant dans les propriétés macroscopiques des
boues. Un mélange argile/eau peut être liquide en milieu basique ou plastique
en milieu acide, pour une teneur en eau identique. La concentration en sel
modifie également la viscosité d’une boue d’argile de manière spectaculaire. La
composition chimique de l’eau modifie la nature des interactions entre particules
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