Les argiles et les minéraux argileux

Les argiles sont un groupe de minéraux argileux générés par l’érosion, la digenèse et les processus d’altération. Ils sont les principaux composants des roches sédimentaires à grain fin appelées lodolites..

Les argiles et les minéraux argileux représentent environ 40% des composants des roches sédimentaires. Ils sont le composant principal des sols. Par conséquent, la compréhension des argiles est importante du point de vue de l’ingénierie, car certains minéraux se dilatent considérablement lorsqu’ils sont exposés à l’eau. Egalement dans le domaine de l’agronomie car ils contiennent beaucoup de nutriments et jouent également un rôle important dans la transmission de l’eau dans le sol.

Aussi, les minéraux argileux sont largement utilisés dans l’industrie céramique et sont donc des minéraux économiques importants.

1. Caractéristiques des argiles

L’argile est défini comme un matériau à grain fin, naturel, terreux et argileux. La taille des particules des argiles est très fine et, en général, la plupart des scientifiques considèrent que la taille d'un grain est en deça de 2 μm (micromètres). Les minéralogistes utilisent donc généralement 2 μm comme taille maximale. En revanche, l’échelle utilisée par les ingénieurs géotechnicien définissent la limite à 4 μm (micromètres).

Ces minéraux sont des silicates hydratés composés principalement de silice, d’alumine et d’eau. Plusieurs d'entre eux contiennent également des quantités appréciables de magnésium, de fer, d’alcalis et d’alcalino-terreux.

Une argile est plastique lorsqu’elle est humide. La plupart des matériaux argileux ont cette propriété, mais certaines argiles n’ont pas de comportement plastique, comme l’halloysite et l’argile silex. Les argiles sont une matière première naturelle abondante et ont une variété surprenante d’utilisations et de propriétés.

2. Propriétés physiques et chimiques des argiles

Les caractéristiques communes de tous les minéraux argileux sont dérivées de leur composition chimique, de leur structure et de leur taille.

Les minéraux argileux ont une grande interactivité avec l’eau. Certains gonflent facilement et peuvent doubler d’épaisseur lorsqu’ils sont humidifiés. La plupart ont la capacité d’absorber les ions (atomes et molécules chargés électriquement) d’une solution et de libérer les ions plus tard lorsque les conditions changent. Les molécules d’eau sont fortement attirées par les surfaces minérales argileuses.

L’industrie de la peinture utilise cette propriété de l’argile pour disperser le pigment (couleur) uniformément dans toute la peinture. Sans argile pour agir comme support, il serait difficile de mélanger uniformément la base de peinture et le pigment de couleur.

Un mélange de beaucoup d’argile et peu d’eau donne une boue qui peut être moulée et séchée pour former un solide relativement rigide. Les potiers et l’industrie de la céramique exploitent cette propriété pour produire différents objets.

Les industries environnementales utilisent les propriétés d'imperméabilité et de cohésion pour produire des revêtements homogènes pour le confinement des déchets.

Le processus par lequel certains minéraux argileux gonflent lorsqu’ils absorbent de l’eau est réversible. Les argiles expansives se dilatent ou se contractent en réponse à des changements dans les facteurs environnementaux (conditions humides et sèches, température). L’hydratation et la déshydratation peuvent faire varier l’épaisseur d’une seule particule d’argile de près de 100%.

Les bâtiments construits sur des sols contenant les argiles expansives peuvent être sujets à des dommages structurels causés par le gonflement saisonnier de la partie argileuse du sol.

Une autre propriété importante des minéraux argileux est la capacité d’échanger des ions, et est liée à la surface chargée des minéraux argileux. Les ions peuvent être attirés à la surface d’une particule d’argile ou absorbés dans la structure de ces minéraux. La propriété des minéraux argileux qui provoque la fixation des ions en solution sur les surfaces argileuses ou dans les sites internes s’applique à tous les types d’ions, y compris les molécules organiques telles que les pesticides.

Les argiles peuvent être un véhicule important pour le transport et la dispersion à grande échelle des contaminants d’une zone à l’autre.

3. Comment et où se forment les dépôts d’argile ?

Les argiles et les minéraux argileux se trouvent dans une gamme assez limitée de conditions géologiques. Les environnements de formation comprennent les horizons pédologiques, les sédiments continentaux et marins, les champs géothermiques, les dépôts volcaniques et les formations rocheuses altérées.

La plupart des minéraux argileux se forment là où les roches sont en contact avec l’eau, l’air ou la vapeur. Des exemples de ces situations comprennent les roches érodées sur le flanc d’une colline, les sédiments sur le fond de la mer ou du lac, les sédiments profondément enfouis contenant de l’eau interstitielle et les roches en contact avec de l’eau chauffée au magma (roche fondue). Tous ces environnements peuvent provoquer la formation de minéraux argileux à partir de minéraux préexistants.

L’altération importante des roches en minéraux argileux peut produire des gisements argileux relativement purs qui présentent un intérêt économique (par exemple, les bentonites, principalement les montmorillonites, utilisées pour le forage des boues et les argiles utilisées dans la céramique).