2.2.1.2. Répulsion entre les particules :
Le gonflement osmotique se produit lorsque l'énergie
d'hydratation est suffisante pour franchir la barrière de potentiel due
aux forces électrostatiques attractives entre feuillets.
L'adsorption des cations par les particules argileuses et la
formation de la double couche diffuse sont responsables de la répulsion
des deux particules (Mitchell, 1993). En effet, dans une argile sèche,
les cations sont fortement adsorbés à la surface des feuillets
argileux. Les cations en excès, par rapport à ceux assurant
l'électroneutralité des particules argileuses et des anions
associés, sont présents sous forme de sels. Si l'argile
sèche est placée au contact de l'eau, les sels s'y dissolvent,
mais les différents ions se répartissent de manière non
homogène, la concentration en cation devient plus forte au voisinage des
surfaces externes des argiles, tandis que les anions ont plutôt tendance
à s'éloigner des surfaces argileuses. La zone perturbée,
ainsi créée par cette répartition non homogène des
cations et des anions, est appelée la double couche diffuse (Bolt, 1956)
.Cette dernière assure l'électroneutralité du
système entre la particule d'argile et la double couche diffuse du
modèle de Stern. La théorie de la double couche diffuse a permis
de démontrer mathématiquement que le recouvrement de deux couches
diffuses de même signe est responsable de la répulsion de deux
particules (Van Damme, 2002). Appliquée à la multitude de
particules
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constituant une éprouvette d'argile, cette
théorie permet d'expliquer le gonflement à l'échelle
macroscopique.
Une autre approche plus fréquemment utilisée
permet, selon Mitchell (1993), d'expliquer le gonflement de manière plus
pratique, c'est le concept de "pression osmotique". Dans cette approche, du
fait des différences de concentration au sein de la couche diffuse, des
pressions osmotiques sont développées à chaque fois que
les doubles couches de deux particules se chevauchent. La surface argileuse
chargée négativement jouerait un rôle comparable à
celui d'une membrane semi-perméable, séparant deux solutions de
concentration en sel différentes (aucun cation ne vient cependant
traverser la surface argileuse) (Van Damme, 2002). La différence de
pression osmotique créée entre les deux particules et la solution
à l'équilibre environnant les particules d'argile est
appelée "pression de répulsion inter
particulaire". On peut alors imaginer qu'à l'échelle
macroscopique, ce phénomène d'origine microscopique,
répété un très grand nombre de fois, se
répercute par l'apparition d'un gonflement observable. Rappelons
également que le gonflement d'un sol argileux dépend non
seulement de la minéralogie des argiles mais aussi de la texture (Bauer-
Plaindoux et al., 1998), c'est-à-dire de l'agencement du
squelette et du réseau poreux de ces minéraux au sein des autres
minéraux constituants le matériau. Sous certaines conditions, les
minéraux argileux gonflants peuvent se retrouver piéger au sein
d'une matrice siliceuse ou carbonatée, créant des complexes
susceptibles d'empêcher ou d'annuler le Gonflement de ces
minéraux.
En résumé, la pression osmotique joue un
rôle prépondérant dans le gonflement des argiles
saturées. Une diminution de contraintes effectives dans le sol se
traduit au niveau macroscopique par le gonflement des argiles. La
théorie de la double couche fournit une interprétation
intéressante des phénomènes physico-chimiques sur le plan
qualitatif, mais l'application quantitative de cette théorie aux
minéraux argileux ne permet pas toutefois de caractériser au
mieux la texture réelle et complexe d'un matériau argileux. De
plus, lorsque les argiles ne sont plus saturées, suite à une
dessiccation répétée par exemple, d'autres forces
deviennent prépondérantes dans l'hydratation des argiles, comme
les forces d'attraction dues aux charges électriques, les forces
capillaires de Van der Waals et les forces dérivant de l'énergie
d'hydratation des cations échangeables (TranNgoc Lan, 1989). L'ensemble
de ces forces constitue la force de succion qui agit directement sur les
molécules d'eau. Cette succion est faible à nulle pour des sols
saturés et très forte pour des sols secs.
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