argile (suite)

Les argiles présentent des propriétés remarquables : dans les 2 types de couches, les charges électriques non compensées par l'oxygène sont équilibrées par des cations (Ca, Mg, K, Na, H), fixés sur la face extérieure et facilement échangeables avec des cations de la solution du sol. Les différentes argiles se distinguent par la structure et la composition chimique des feuillets (type 1/1, type 2/1, substitution de certains cations par des éléments différents), par la taille des espaces interfoliaires et par la nature des molécules que l'on y trouve (eau, cations, hydroxydes).

Les propriétés des minéraux argileux découlent de 3 caractéristiques : leur petite taille, leur structure en feuillet et la présence de sites négatifs.

La petite taille des particules et leur structure en feuillet leur confèrent une très grande surface spécifique (surface externe de 1 cm³ de substance), sur laquelle ont lieu les phénomènes d'échange entre l'argile et la solution du sol. Il en résulte des possibilités étendues d'établir des liaisons entre particules élémentaires du sol ou avec de nombreuses substances (ions, molécules organiques, eau...). Ces liaisons se forment au niveau de la surface externe des feuillets, mais également entre les feuillets ou sur leurs bords. Elles jouent un rôle majeur dans la stabilité de la structure du sol, dans ses propriétés hydriques, dans son comportement mécanique. Certaines argiles ont en effet la capacité d'absorber de l'eau dans les espaces interfoliaires. Lorsque cela se produit, leur volume augmente (gonflement). Lors de la dessiccation, l'eau quitte les espaces interfoliaires et le volume des argiles diminue (il y a retrait). Ces alternances gonflement-retrait produisent des contraintes dans le sol qui créent des fissures, et participent à la régénération de la porosité structurale du sol. Ces liaisons permettent également de former des complexes minéraux et organominéraux (le complexe argilo-humique). Elles contribuent enfin à la fixation par le sol de polluants organiques.

La présence de charges négatives induit la propriété de fixer et d'échanger avec la solution du sol des ions, mais également celles de floculation et de dispersion. La première joue un rôle capital dans l'aptitude du sol à servir de réservoir d'éléments nutritifs. La quantité de sites négatifs définit la capacité d'échange cationique (CEC). Les propriétés de floculation et de dispersion sont essentielles pour la genèse de la structure et la dynamique de l'eau dans le sol. Comme les colloïdes, les argiles peuvent se trouver à l'état dispersé (en milieu fortement alcalin, par exemple) ou floculé (en présence de cations polyvalents floculants Al³⁺, Ca²⁺) et jouent de ce fait un grand rôle dans la formation d'agrégats dont elles constituent, avec les molécules de matière organique auxquelles elles se lient pour former le complexe argilo-humique, les ciments. Les principales familles d'argile sont les suivantes :

Les kaolinites.

C'est la plus simple des argiles, avec des feuillets de type 1/1 dioctaédriques, à la surface desquels ne se développe pratiquement aucune charge négative. Les feuillets sont en général accolés, sauf dans le cas de l'halloysite, et ne peuvent pas retenir d'eau dans l'espace interfoliaire. La surface spécifique est de l'ordre de 40 m². Ces argiles, fréquentes dans les sols tropicaux, sont dites à faible activité.

Les iIllites-vermiculites.

Elles dérivent des micas, soit par héritage, accompagné de microdivision (illites, de type 2/1, CEC de 20 à 40 meq/100 g), soit par ouverture des feuillets avec substitution partielle ou totale des ions K⁺ fixés et remplacés par des cations échangeables (vermiculites, de type 2/1, CEC de 100 à 150 meq/100 g). La surface spécifique est de l'ordre de 80 m². Les vermiculites dérivent de la biotite, mica que l'on trouve dans les granites. Les illites dérivent de la muscovite, que l'on trouve dans les roches éruptives et métamorphiques. Dans les limons éoliens du quaternaire (Europe, Ukraine, Chine), on trouve de la glauconite, riche en fer.

Les smectites-montmorillonites.

Les espaces interfoliaires sont importants, ce qui leur confère une capacité d'échange élevée, les charges étant réparties aussi bien sur les faces externes que sur les faces internes des feuillets. En présence d'eau, le pouvoir de gonflement des smectites (constituées de trois couches de type 2/1) est considérable (variation de volume de 1 à 10) et la surface spécifique est très élevée. Les montmorillonites présentent des feuillets d'équidistance variable (de 10 à 17,5 angströms), de type 2/1 (Te/Oc/Te). Leur CEC est de l'ordre de 100 meq/100 g, et leur surface spécifique de l'ordre de 800 m². On les trouve dans les vertisols et les chernosols. La beidellite, de type 2/1, est très proche des montmorillonites (Te/Oc/Te), mais plus riche en Si. Dans ce groupe, on trouve également la bentonite, terme commercial qui désigne une argile montmorillonitique à pouvoir décolorant et absorbant (cendres volcaniques).

Les chlorites.

Cette famille comprend des argiles qui présentent un feuillet supplémentaire (octaédrique) s'insérant entre deux feuillets semblables à ceux de la vermiculite. Presque toutes les charges sont compensées, et la CEC s'abaisse très fortement. Les chlorites n'ont aucun pouvoir de gonflement. Il existe en fait 2 types de chlorites : le 1^er (chlorite primaire) résulte d'un héritage de certaines roches très riches en magnésium ; le 2^e (chlorite secondaire ou alumineuse) résulte d'une aluminisation très poussée de certaines vermiculites intervenant en milieu acide et confiné.

Il existe également des argiles dites argiles interstratifiées, qui présentent des caractéristiques intermédiaires entre ces différents types, et dans lesquelles on observe une alternance de feuillets de deux types (chlorite-vermiculite, illite-montmorillonite, illite-vermiculite...).

On désigne par le terme « argile granulométrique » (par opposition à « argile minéralogique ») les particules du sol dont le diamètre est inférieur à 2 m. Ces particules sont des minéraux argileux, mais aussi des gels amorphes, du quartz, du calcaire, des oxydes, etc.