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CHAPITRE 1. LES ZEOLITHES : PRESENTATION, STRUCTURE, ET MODELISATIONEn 1862, St. Clair Deville 5 établit la première synthèse hydrothermale de la zéolithe : lalevynite. En 1896, Friedel 6 développa l’idée que la structure des zéolithes déshydratées estconstituée de sous structures ouvertes après avoir vu que de nombreux liquides commel’alcool, le benzène, et le chloroforme peuvent y être enfermés. En 1930, les premièresstructures de zéolithes furent déterminées par Taylor 7 et Pauling 8, 9 . Au milieu des années1930, on commença à trouver des ouvrages qui décrivent les procédures d’échanges d’ions,les propriétés d’adsorption, de tamisage moléculaire, et les propriétés structurales de zéolithesminérales naturelles et synthétiques. Pendant cette période et jusqu’aux années quarante,Barrer commença un travail innovant sur l’adsorption et la synthèse de zéolithes. Il établit en1945 10 la première classification fondée sur la taille moléculaire des zéolithes connues àl’époque et présenta en 1948 11 la première synthèse de zéolithes y compris la synthèse d’unemordenite analogue de la naturelle. En 1950, au laboratoire de l’entreprise Union Carbide, Dr.Robert M. Milton synthétisa la faujasite X de manière reproductible avec une grande pureté.Une année après, Dr. Donald W. Breck rejoignit le groupe de Milton et synthétisa, en 1954, lafaujasite Y 12 . En 1959, l’Union Carbide commercialisa la zéolithe HY comme catalyseurpour l’isomérisation des paraffines 12, 13 .I.2. GénéralitésLes zéolithes sont des matériaux cristallins de structure complexe tridimensionnelle. Ils’agit le plus souvent d’alumino-silicates constitués d’enchainements de tétraèdres TO 4 (où Test un atome de silicium ou d’aluminium) qui constituent les unités structurales primaires duréseau cristallin. Ces derniers se connectent entre eux par les atomes d’O en respectant larègle de Loewenstein 14 , qui exclue la formation de liaison entre deux tétraèdres AlO 4adjacents, pour aboutir à la formation d’« unités secondaires de construction » tels que lescubes, les prismes hexagonaux, les cuboctaèdres, les cages, etc. La connexion de ces unitésdonne naissance à des canaux de dimensions bien régulières. La structure finale de la zéolitheest le résultat de l’assemblage des unités secondaires (Figure 1).18
CHAPITRE 1. LES ZEOLITHES : PRESENTATION, STRUCTURE, ET MODELISATIONFigure 1. Illustration de deux types de zéolithes : (a) la chabazite (CHA) et (b) la ferrierite (FER).La présence d’atomes d’Al crée au sein du réseau zéolithique un déficit de charges qui seracompensé par l’ajout de cations des métaux alcalins, alcalino-terreux, de transition ou autresou de protons 15 . Ces cations jouent un rôle important dans la détermination des propriétéscatalytiques, d’adsorption, et de séparation des zéolithes 16 . Ils sont répartis au sein du réseaude la zéolithe où ils occupent des positions bien définies.La formule chimique d’une maille de zéolithe est la suivante 17 :M x/n [(AlO 2 ) x (SiO 2 ) y ].wH 2 OOù (M) est le cation compensateur de charge et (n) sa valence. (x) et (y) sont le nombre totalde tétraèdres AlO 4 et SiO 4 par maille, et (w) est le nombre de molécule d’eau par maille. Onutilise souvent le rapport Si/Al pour définir la nature d’une zéolithe.I.3. NomenclatureIl n’y a pas eu de développement de méthode de nomenclature systématique pour leszéolithes. Ainsi, les premiers matériaux synthétiques découverts par Milton, Breck et leurscollaborateurs de l’entreprise Union Carbide sont indexés par des lettres de l’alphabet latini.e. les zéolithes A, B, X, Y, L. L’utilisation de lettres grecques a été lancée avec Mobile pourles zéolithes alpha, beta, et omega. La plupart des zéolithes synthétiques ayant la mêmetopologie structurale que celle des zéolithes minérales naturelles portent le même nom que cesdernières, comme par exemple la mordenite, chabazite, erionite et offretite synthétiques.L’atlas des zéolithes 18 (1 ère édition en 1978 ; 2 ème édition en 1987 ; 3 ème édition en 1992 ; et4 ème édition en 1996) établi par l’IZA (International Zeolite Association) attribue un code de19
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33. Zecchina, A.; Otero Arean, C.;
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61. Soltanov, R. I.; Paukstis, E.;
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