Généralités sur les argiles

GENERALITES SUR LES ARGILES

DEUXIEME PARTIE METHODES DE CARACTERISATION, RESULTATS ET DISCUSSIONS

Avant utilisation d’un produit, notre première réaction est de connaître les ingrédients de ce produit lui-même et son effet sur notre organisme. C’est pourquoi, des analyses physicochimiques sur quelques échantillons d’argile ont été effectuées.
Dans notre étude, nous avons choisi le type d’argile dont la plupart des Malgaches utilise que ce soit pour un but médical ou pour un but cosmétique. L’utilisateur peut être confronté à plusieurs risques notamment face à la présence des éléments nocifs ou toxiques qui peuvent nuire à notre bien être.
Pour caractériser les phyllosilicates à l’échelle macroscopique, plusieurs méthodes physiques peuvent être utilisées mais l’utilisation des techniques dites classiques tels que la diffraction des rayons X (DRX), l’analyse thermique par thermogravimétrie et analyse thermique différentielle (ATG-ATD) et l’analyse chimique (EDX, WDX, spectroscopie d’émission) est la plus répandue.
Pour accéder à des informations à l’ordre local de la structure du phyllosilicate, des techniques plus spécifiques peuvent être utilisées comme la microscopie électronique à balayage (MEB), la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) du solide ou la spectroscopie d’absorption des rayons X (SAX) [15].

METHODES DE CARACTERISATION DES ARGILES

DIFFRACTION DES RAYONS X (DRX)

La technique de diffraction des rayons X permet de déterminer la phase cristalline d’une poudre.
Dans un cristal, les atomes forment un réseau tridimensionnel périodique. Pour qu’il y ait diffraction d’une onde dans une direction donnée, il faut que tous les noeuds du réseau diffusent un rayonnement en phase dans cette direction. Il y a diffraction des rayons X quand la relation de Bragg est vérifiée :
2dhkl sin θ = n λ,
où,
n, l’ordre de diffraction,
λ, la longueur d’onde d’émission des rayons X,
dhkl, la distance entre deux plans d’une famille (hkl)
θ, l’angle d’incidence du rayonnement.
L’intensité diffractée est mesurée en fonction de l’angle 2θ et le diagramme obtenu est formé de pics correspondant aux réflexions (hkl). A chaque pic de position en angle 2θ correspond à une distance d et l’aire mesurée sous un pic est proportionnelle à l’intensité diffractée I. On obtient ainsi une liste de données (I, d) caractéristique d’une espèce cristalline. On peut par la suite identifier l’échantillon à l’aide du fichier JCPDS (Joint Comitee for Powder Diffraction Standard) qui regroupe ces données pour toutes les espèces cristallines connues.
Le diagramme de poudre d’une argile présente deux grandes familles de raies de diffraction (Figure 10). Les bandes hkl, larges et dissymétriques, caractérisent la nature de l’argile ellemême.
Les distances réticulaires correspondant à ces bandes sont indépendantes des conditions d’hydratation et en raison de leur forme, leur indexation n’est pas unique [16].
Figure 10 : Exemple de diffractogramme de rayons X d’un phyllosilicate (Mg) de synthèse
Les bandes (00l) caractérisent l’ordre structural selon la perpendiculaire aux plans des feuillets.
La périodicité d001 caractérise l’épaisseur de l’unité structurale, dépendante du phyllosilicate. Sa valeur dépend de la nature du phyllosilicate, de la nature de son cation de compensation et de son hydratation ou de l’adsorption de molécules organiques entre les feuillets. Ainsi, la position de la  raie (001) est caractéristique de la nature du composé, suivant les conditions dans lesquels, l’enregistrement est réalisé.
Parmi les bandes (hkl), la raie (060) est particulièrement importante pour les phyllosilicates. En effet, la position de celle-ci détermine leur caractère di- ou trioctaédrique. Un phyllosilicate est dit dioctaédrique lorsque 2/3 des cavités octaédriques sont occupés par un élément métallique (d060 = 1,49 Å) et trioctaédrique lorsque 3/3 des cavités octaédriques sont occupés par un élément métallique (d060 = 1,52 Å).
Pour différencier les argiles, on effectue divers traitements visant à modifier l’espace interfeuillets : chauffage, acidification, etc. En regardant l’évolution des pics de diffraction aux faibles angles selon le traitement, on peut identifier l’argile. Cette analyse se fait sur une fraction granulométrique donnée, obtenue en mettant l’argile en suspension dans l’eau, en agitant et en prélevant à une profondeur donnée après un temps de repos donné.

THERMOGRAVIMETRIE ET ANALYSE THERMIQUE DIFFERENTIELLE (TGATD)

La ThermoGravimétrie (TG), en anglais ThermoGravimetric Analysis (TGA), est une technique d’analyse thermique qui consiste en la mesure de la variation de masse d’un échantillon en fonction de la température. L’Analyse Thermique Différentielle ATD), en anglais Differential Calorimetry Scanning (DSC), quant à elle, s’appuie sur la mesure de la chaleur libérée ou absorbée par la matière au cours des transformations physico-chimiques en fonction de la température.
L’étude des argiles par TG-ATD permet notamment de déterminer leur taux d’hydratation et de relever les phénomènes thermiques (endotherme ou exotherme) et thermogravimétriques liés à la déshydroxylation de la charpente. Des transformations de phases peuvent également être observées, celles-ci se traduisant par des phénomènes thermiques avec ou sans perte de masse. La position et l’intensité de ces phénomènes donnent des informations structurales complémentaires caractérisant le minéral [17].

ANALYSE ELEMENTAIRE

Plusieurs techniques sont disponibles pour déterminer la composition chimique des éléments chimiques de l’argile, mais l’analyse des spectres d’un rayonnement de rayons X est la plus courrante [18]. Dans ce domaine on connaît deux types d’analyse :
– l’analyse dispersive en énergie (EDS),
– et l’analyse dispersive en longueur d’onde (WDS).
Nous avons choisi la première méthode qu’est EDS car elle présente plusieurs avantages :
– la préparation de l’échantillon est relativement simple ;
– dans la plupart des applications, il n’est pas nécessaire de séparer chimiquement les substances à analyser, vu que les spectres des éléments sont facilement différenciables ;
– même sans préparation préalable, on peut souvent obtenir une précision satisfaisante.

PRINCIPE

Le sigle anglais correspondant est EDX (Energy Dispersive X-ray spectrometry) ; il est aussi quelquefois appelé spectromètres non dispersifs.
Son principe repose sur la réflexion sélective d’un faisceau de rayons X par un cristal avec utilisation de la loi de Bragg :
n λ = 2d sinθ avec, d : distance réticulaire du cristal analyseur pour la réflexion utilisée (Å),
λ : longueur d’onde (m),
2θ : angle du faisceau réfléchi avec le faisceau incident (rad)
n : ordre de la réflexion (nombre entier positif souvent égal à l’unité).
Le principe repose également sur la loi de Planck :
hc E = h =
où, h : constante de Planck 6,02.10-34 J
ν: la fréquence (Hz),
c : vitesse de la lumière (3.10-8 cm-1),
λ : longueur d’onde (m).
L’organe essentiel est le détecteur car celui-ci est sensible non seulement au flux mais encore à l’énergie hν des photons reçus. En effet, il délivre des impulsions électriques de hauteur proportionnelle à hν ; un sélecteur d’amplitude permet donc l’analyse en énergie du rayonnement.

APPLICATION

L’application principale de la spectrométrie d’émission X est l’analyse chimique élémentaire, aussi bien qualitative que quantitative. Les appareils et les protocoles d’emploi ont été conçus pour faciliter la tâche des utilisateurs, en général chimistes. Comme dans toute opération d’analyse, on peut ici distinguer trois phases successives :
– la préparation et la mise en place de l’échantillon ;
– les mesures, portant sur l’échantillon mais aussi éventuellement sur des étalons ;
– la conversion du résultat des mesures en bulletin d’analyse.

Analyse qualitative

Les spectres X sont simples et bien connus ; les raies d’émission sont donc facilement identifiables si le pouvoir séparateur de l’appareil est suffisant, ce qui est presque toujours le cas, tout au moins en dispersion de longueur d’onde ; les ambiguïtés (recouvrement de pics) peuvent être levées en recherchant, automatiquement ou manuellement, plusieurs raies caractéristiques du même élément. L’analyse qualitative résulte donc d’un simple balayage en énergie, la préparation de l’échantillon ne nécessitant pas de soins particuliers, du moins si les éléments recherchés sont en quantité suffisante ; la recherche de traces peut être délicate.

Analyse quantitative

Pour être précise, l’analyse quantitative nécessite une préparation soigneuse des échantillons, identique pour tous les échantillons de même espèce. L’étalonnage est parfois très simple mais peut souvent présenter des difficultés, étant donné l’influence de l’effet de matrice, surtout si la série d’échantillons à analyser n’est pas homogène.

ÉLEMENTS ENVISAGEABLES, MATRICES, TENEURS

La recherche et l’analyse quantitative de tous les éléments sont possibles, sauf pour les trois premiers de la classification périodique (H, He, Li) ; le dosage du béryllium est exceptionnel et ne peut être effectué que sur certains appareils très récents. Le dosage des quatre suivants (B, C, N, O) est difficile dans le cas des basses teneurs et n’est faisable que sur certains spectromètres, spécialement pour l’azote dont les raies d’émission sont absorbées par l’oxygène présent dans la fenêtre du détecteur. Enfin, pour les huit suivants (jusqu’au soufre), la facilité est d’autant plus grande que le numéro atomique est plus élevé. Les spectromètres à dispersion d’énergie ne permettent pas, sauf exception, l’analyse des éléments très légers (Z < 10).
Toutes les matrices sont envisageables ; la sensibilité pour les basses teneurs est d’autant plus grande que la matrice est plus légère, c’est-à-dire composée d’éléments de faible numéro= atomique.
Les teneurs limites détectables sont de quelques dixièmes de ppm (en masse) ou de quelques ppm pour les éléments de numéro atomique supérieur à 14 ; elles sont de quelques ppm ou quelques dizaines de ppm pour les éléments plus légers (14 > Z > 8). Naturellement, ces teneurs sont abaissées si l’on peut enrichir l’échantillon avant la mesure ; des montages particuliers, tels que ceux utilisant la réflexion totale, permettent d’abaisser encore la limite de détection.

Table des matières

INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE  GENERALITES SUR LES ARGILES 
I. Définitions
I.1. Argile
I.2. Phyllosilicates
II. Structures
II.1. Les feuillets
II.1.1. Phyllosilicate de type T.O. (ou 1:1)
II.1.2. Phyllosilicate de type T.O.T.( ou 2:1)
II.2. Les mailles
II.2.1. Charpente de la maille
II.2.2. Structure d’une couche
III. Classification
III.1. Classification minéralogique
III.2. Classification visuelle
IV. Propriétés
IV.1. Adsorption
IV.2. Echange de cations
IV.3. Acidité
V. Domaine d’utilisation
V.1. Utilisations en cosmétique
V.1.1. Mode d’emploi
V.1.2. Indications
V.1.3. Contre-indications
V.2. Utilisations en milieu pharmaceutique
V.2.1. Antiseptique, antitoxine et bactéricide
V.2.2. Revitalisant
V.2.3. Dégraissant et décolorant
V.2.4. Mode d’emploi
V.2.5. Contre-indications
V.3. Utilisation clinique offcielle à Madagascar
V.3.1. Traitement du lèpre
V.3.2. Traitement du choléra
VI. Conclusion
DEUXIEME PARTIE METHODES DE CARACTERISATION, RESULTATS ET DISCUSSIONS
I. Méthodes de caractérisation des argiles
I.1. Diffraction des Rayons X (DRX)
I.2. Thermogravimétrie et analyse thermique différentielle (TG-ATD)
I.3. Analyse élémentaire
I.3.1. Principe
I.3.2. Application
a) Analyse qualitative
b) Analyse quantitative
I.3.3. Éléments envisageables, matrices, teneurs
II. Caractérisation des argiles vertes de Madagascar
II.1. Les argiles
II.2. Mode opératoire
II.2.1. Diffractométrie de rayons X (DRX)
II.2.2. Analyse dispersive en énergie (EDX)
II.2.3. Thermogravimétrie et analyse thermique différentielle (TG-ATD)
II.3. Résultats et discussion
II.3.1. Diffractométrie de rayons X (DRX)
II.3.2. Thermogravimétrie et analyse thermique différentielle (TG-ATD)
II.3.3. Analyse dispersive en énergie (EDX)
II.4. Conclusion
TROISIEME PARTIE ETUDES DE CONTAMINATION DES ARGILES
I. Contact avec les polluants gazeux
I.1. Contact avec les polluants liquides
I.2. Conclusion
CONCLUSION GENERALE
Références bibliographiques

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