Stabilisation des sols gonflants

1.3.2. Le groupe des smectites :

Argiles de type 2 / 1 ou TOT :

Les minéraux de cette famille sont composés d'une couche octaédrique en sandwich entre deux couches tétraédriques (figure 1.4a). Les liaisons entre la couche tétraédrique et les couches octaédriques sont assurées par les atomes d'oxygène appartenant aux deux couches et constituant la majorité des anions de la surface des deux couches octaédriques.

À la différence de la kaolinite, les smectites sont chargées négativement. Ce déficit de charge est compensé par l'adsorption de cations en solution dans l'eau, qui viennent se placer entre les feuillets de smectite, accompagnés de molécules d'eau d'hydratation. L'épaisseur d'une couche de smectite est de 9,6 A°. Le représentant le plus important de cette famille de minéraux est la montmorillonite.

Figure (1.4a) : Structure d'un feuillet de smectite

CHAPITRE 1 RECHERCHES BIBLIOGRAPHIQUES

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Figure (1.4b) : Cristaux des particules de smectite vus au microscope électronique.

Ce qui différencie la famille des smectites des autres minéraux argileux est la substitution abondante des cations Al³⁺ et Si⁴⁺ par d'autres cations. Ainsi, l'aluminium des couches octaédriques peut être remplacé par le magnésium, le fer, le nickel, le lithium ou par d'autres cations. Les cations Al³⁺ peuvent remplacer les cations Si⁴⁺ dans les couches tétraédriques. Les cavités octaédriques formées par l'empilement de deux couches élémentaires d'hydroxyles et/ou d'oxygène ne sont pas toutes accessibles aux cations. Ces cavités sont occupées à raison de deux sur trois par les cations trivalents d'aluminium. Les substitutions d'aluminium dans les couches octaédriques peuvent être atome par atome, comme elles peuvent consister en la substitution de chaque paire de cations Al³⁺ par trois cations divalents tels que les cations de magnésium Mg²⁺. Lorsque les cations divalents de magnésium remplacent les cations d'aluminium, tous les sites disponibles sont alors occupés.

Entre différents feuillets de smectite, deux plans contenant des atomes d'oxygène sont en contact. Il s'ensuit que la liaison est plus faible que pour la kaolinite. De ce fait, les particules de smectite sont de très petites tailles et ont tendance à former des feuillets de très faible épaisseur, pouvant parfois correspondre à l'épaisseur d'une seule cellule. Par ailleurs, la surface spécifique des smectites est relativement grande, ce qui favorise la pénétration des fluides polaires, tels que l'eau, entre les feuillets d'argile. Les minéraux de cette famille, notamment la montmorillonite, sont de ce fait les principaux responsables du phénomène de gonflement observé à l'échelle macroscopique.

Suivant la nature des cations occupant les sites tétraédriques et octaédriques, on distingue les minéraux listés dans le tableau 1.3.

CHAPITRE 1 RECHERCHES BIBLIOGRAPHIQUES

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	Minéraux	substitution dans le feuillet tétraédral	substitution dans le feuillet octaédral
Famille des smectites	Montmorillonite	Pas de substitution	1Mg^2+ se substitue à1 Al^3+ à raison de1/6
	Beidellite	Substitution de Si par Al	Pas de substitution
	Nontronite	Substitution de Si par Al	Substitution de Al^3+par Fe3+
Famille des smectites tri-octaédrales	Hectorite	Pas de substitution	Substitution de Mg^2+ par Li^2+
	Saponite	Substitution de Si par Al	Substitution de Mg^2+ par Fe^3+
	Sauconite	Substitution de Si par Al	Substitution de Mg^2+par Zn^2+

Tableau 1.3 : Caractéristiques des minéraux du groupe des smectites.