VII.2. La surface spécifique
Par définition, la surface spécifique
(SS) appelée aussi « Aire massique »
représente la surface totale (AS) par unité de masse (M) et on
l'exprime généralement en m2/g [2] :
La fine taille des minéraux argileux leur
confère une surface importante par rapport au volume des particules. La
surface relative augmente avec la diminution du diamètre (Figure I21)
[20] :
Figure I-21 : Variation du
rapport surface/volume en fonction du diamètre des particules
[20].
Année : 2012/2013 PFE - Master - Chimie Fondamentale
Page 33
La surface des minéraux argileux est supérieure
à celles de minéraux de même taille mais de forme
différente [21]. La figure I-22 montre également que la
surface spécifique (SS) dépend de la forme de la particule. On
peut remarquer que celle-ci a tendance à s'aplatir quand la surface
spécifique (SS) augmente.
Figure I-22 : Influence de la
forme de la particule sur la surface spécifique [2].
Les propriétés des argiles sont principalement
contrôlées par leur surface interne et externe. La surface totale
comprend la surface externe, comprise entre les particules argileuses, et la
surface interne, correspondant à l'espace interfoliaire (Figure I-23)
[21].
Figure I-23 : Surface des
particules argileuses: interne et externe [21].
Chapitre-I- Etude bibliographie
Année : 2012/2013 PFE - Master - Chimie Fondamentale
Page 34
? Composition minéralogique : Le tableau I-3
présente les différentes valeurs de la surface spécifique
(SS) des minéraux les plus courants. Il est à noter que la
smectite possède les valeurs les plus importantes de surface
spécifique en comparaison avec tous les autres minéraux.
Tableau I-3 : Surface
spécifique et C.E.C. de quelques minéraux argileux [22].
VII.3. Hydratation et gonflement des minéraux
argileux ? Description de la séquence d'hydratation :
Les processus d'absorption d'eau dans la structure des argiles
sont complexes et peuvent être décrits de l'état sec vers
l'état hydraté ou de l'état hydraté vers
l'état sec. Mais ces deux séquences ne décrivent pas le
même phénomène et il résulte que les
mécanismes sont différents lorsque l'on étudie
l'hydratation ou la déshydratation. L'étude des isothermes
d'adsorption met en évidence l'existence d'hystérésis, qui
montrent que les mécanismes d'hydratation et de déshydratation ne
sont pas totalement réversibles [23].
Les minéraux argileux sont généralement
caractérisés, à des degrés différents
suivant la nature de la famille, par leur capacité d'adsorption d'eau.
Cette eau existe sous multiples formes: adsorbée sur les surfaces
externes ou associée aux cations interfolaires ou cristalline sous forme
d'hydroxyle (OH) dont l'élimination se fait par déhydroxylation
(Figure I-24) [7].
Chapitre-I- Etude bibliographie
Année : 2012/2013 PFE - Master - Chimie Fondamentale
Page 35
Figure I-24 : Localisation de l'eau
dans les particules argileuses [20].
(a) Molécules d'eau adsorbées sur la surface
d'argile,
(b) Molécules d'eau associées avec les cations
dans l'espace interfoliaire,
(c) Eau cristalline sous forme d'hydroxyle qui par
deshydroxylation forme des molécules d'eau.
? Description de la séquence de gonflement
:
Dans la littérature, on trouve une nomenclature bien
spécifique à ces deux modes de gonflement qui se distinguent par
leur aptitude d'hydratation. Il s'agit des gonflements "cristallin" et
"osmotique" [8] :
i) Le gonflement cristallin :
Le gonflement cristallin correspond à la
pénétration de molécules d'eau dans l'espace interfoliaire
et à la formation d'états hydratés existant sur des
domaines précis de pression relative. A l'état sec, la
cohésion des empilements de feuillets résulte d'un
équilibre entre forces d'attraction de Van der Waals et forces
électrostatiques entre les feuillets chargés et les cations. En
présence d'eau, l'énergie d'hydratation des cations permet
à l'eau de rompre cet équilibre en provoquant l'écartement
des feuillets et de pénétrer dans l'espace interlamellaire.
Chaque palier représente un état d'hydratation de l'espace
interfoliaire : état sec, état hydraté à 1, 2 ou 3
couches d'eau (figure I-25) [4].
Chapitre-I- Etude bibliographie
Année : 2012/2013 PFE - Master - Chimie Fondamentale
Page 36
Figure I-25 :
Schématisation de l'hydratation des argiles au niveau
de l'espace interfoliaire de 1 à 3 couches d'eau [4].
ii) Le gonflement osmotique
:
Le gonflement osmotique, appelé également
gonflement "macroscopique" ou gonflement "libre". Il se produit lorsque
l'énergie d'hydratation est suffisante pour franchir la barrière
de potentiel due aux forces électrostatiques attractives entre
feuillets. Au-delà de la deuxième couche d'eau adsorbée
à la surface d'un feuillet, l'eau perd ses propriétés
d'eau liée et devient de l'eau libre [24].
| 
