RESUME: Nous proposons l'&ude du m~canisme de gonflement d'une smectite, bas6e sur l'exploitation des diagrammes de diffusion aux petits angles obtenus avec la source de rayons X synchrotron de Lure (Orsay). Cette technique a permis d'&udier le gonflement, en fonction de la temperature, d'une montmorillonite Na, cn suspension dans l'eau et concentr& ~ 20~o.L'analyse des diagrammes est ~ffectu~e par une m&hode bas6e sur la comparaison des courbes exp~rimentales fi des courbes th6oriques. Les mod61es de structure permettant le calcul des diagrammes th6oriques fait appel fi la notion de particule (d6finie comme un empilement de feuillets parall~les) et de structure interne de la particule (d6finie par un ensemble de translations di affect~es des probabilit& pi qui d&erminent la position mutuelle des feuillets).Les r~sultats montrent qu'fi basse temp6rature, les particules de tr& grande taille sont constitutes par la superposition de sous empilements, comportant 4 ft. 5 feuillets, hydrates d'une mani~re homog~ne et se d~sorientant mutuellement pour former la structure du gel. On explique ainsi que la structure du gel form6 est correl& avec celle du solide initial et que le ph~nom~ne de gonflement est quasi r~versible.

International audienceWhen a geosynthetic clay liner (GCL) containing sodium bentonite is brought into contact with fluids containing other cations, the latter may exchange with the sodium present between clay layers. This modification of clay surface chemistry may change the clay microstructure and hence its hydraulic conductivity. The influence of clay surface chemistry on microstructure and permeability, after prolonged contact between two GCLs (a natural sodium bentonite GCL and a sodium-activated calcium bentonite GCL) and different fluids in oedometer cells, was investigated using exchangeable-cation analysis, small-angle x-ray scattering, and transmission electron microscopy. Results suggest that calcium carbonate in the bentonite, formed during activation of the calcium bentonite, may redissolve during contact with a dilute permeant, releasing calcium ions that exchange with sodium in the clay. This exchange leads to obliteration of a so-called "gel" phase (beneficial in terms of low permeability) and to the development of a more permeable "hydrated-solid" phase. Sodium replacement by calcium during GCL contact with a 0.1 M CaCl2 solution was found to be virtually complete, with or without GCL prehydration with dilute water. No gel phase was observed in these samples. When in contact with real leachate, however, a gel phase appeared, especially when GCL samples were prehydrated. A correlation was observed between the level of hydraulic conductivity and the relative proportions of gel phase and clay interlayer occupation by sodium

RI~SUMI~: Des poudres d'6chantillons de smectites satur6es Mg 2+ ont 6t6 r6hydrat6es jusqu'h obtention d'une hydratation maximale. Les microscopies 61ectroniques ~t balayage et ~ transmission ont permis de caract6riser l'organisation des argiles, en particulier l'arrangement, la taille et la structure cristalline des particules. La diffusion aux petits angles des rayons X a 6t6 utilis6e pour quantifier la microstructure des mat6riaux. Les r6sultats obtenus montrent que les teneurs en eau atteintes/t saturation ne sont pas directement reli6es ?a des variations de la distance interfoliaire. Le m6canisme de l'hydratation est en revanche correl6 ~ la taille des particules et ~ celle des agr6gats de particules. I1 est montr6 que l'extension des feuillets dans le plan a, b joue un r61e direct sur la taille et la forme aussi bien des particules que des agr6gats de particules, lnfine, il apparaSt que pour mieux comprendre le m6canisme du gonflement maximal des argiles, il devient n6cessaire de prendre en compte tousles niveaux d'organisation et que la contribution de l'espace interfoliaire dans l'6valuation de l'eau totale peut &re, pour les smectites-Mg relativement faible.A B S T R ACT: Powdered 2:1 Mg-clay samples were rehydrated up to the maximum hydration. Both scanning and transmission electron microscopy were used to characterize their structural organization i.e. particle arrangement, texture and crystal structure. Low-angle X-ray scattering experiments were carried out to quantify the microstructure of the system. The results showed that sample water contents reached at saturation are not directly related to changes in layer distance. The hydration mechanism is rather correlated to particle size and particle aggregate size. It is also shown that the a, b plane extension of the layers influences particle size and shape. Finally, it appears that for a better understanding of clay swelling mechanisms, at high water contents, it is necessary to take into account all organization levels and that the contribution of interlayer space to the total water content, for Mg-smectites, is small.

RI~SUMt~: L'~volution structurale et texturale ainsi que le comportement hydrique de deux montmorillonites-Ca (Wyoming et grecque) ont ~t~ &udi~s par microscopic ~lectronique fi transmission (MET) et plus pr~cis~ment par analyse de la diffusion aux petits angles des rayons X (DPAX). L'~tude au MET a permis de montrer qu'/l faible contrainte, le mat~riau est form~ par un r~seau de particules d~formables d~limitant des pores de grandes dimensions (~2 #m). L'6tude en DPAX des m~mes syst~mes soumis fi une contrainte de type succion a montr~ que: 1. Lors de la premiere dessiceation il y a d'abord d~formation du r~seau sans regroupement des particules (p <~ 1 bar), puis regroupement des particules face-face pour former des particules de plus grande ~palsseur (p > 1 bar). On montre aussi que l'eau est essentiellement extraite de la porosit~ interparticulaire. 2. Lors de la r~hydratation, on met en ~vidence qu'apr~s dessiccation le syst6me perd une grande partie de son aptitude ~, reprendre de l'eau et que cette perte est d'autant plus importante que le niveau de dessiccation pr~alable a &~ ~lev6. Ceci est dO au falt qu'une partie de la porosit~ est r~duite fi des espaces ayant la propri~t~ de l'espace interfoliaire.ABSTRACT: The structural and textural changes and swelling behaviour of two Camontmor]llonites (Greek and Wyoming) were studied by TEM and small-angle XRD. When examined by TEM at low stress, the texture was a network of particles enclosing large-size pores (~ 2 #m). XRD examination of the clays under suction showed that: 1. When first dried, the network changed configuration without coalescence of the particles (p ~< 1 bar). Afterwards, the particles became bound face-to-face and formed thicker groupings (p > 1 bar). Water was also found to be derived essentially from inter-particle porosity. 2. During rehydration the desiccated system had lost, to a great extent, its ability to recover water, this loss being greater the higher the preliminary desiccation. This is due to the fact that porosity was confined in part to spaces which had the same property as the interlayer space.Au niveau de la structure des sols, il est clair que les argiles jouent un r61e sp6cifique qui n'est pas seulement dfi fi leur propri6t6, commune fi beaucoup de constituants des sols, de pouvoir capter et retenir l'eau. Le fait important est que cette prise, ou ce d6part d'eau, s'accompagne g6n6ralement d'une modification du volume apparent et qu'elle se traduit, fi diff6rentes 6chelles, par une r6organisation du mat6riau (

RESUME: Comme la plupart des vermiculites, l'hydrate ~ une couche de la vermiculite-Na (d00 ~ = 11.85 /~) prbsente une structure semi-ordonn6e, avec des d6fauts d'empilement (glissements selon l'axe b). Le plan (hOl)* du r~seau r6ciproque est enti6rement discret, tandis que les rang~es n'appartenant pas ~t ce plan sont plus ou moins diffuses dans la direction c*. La projection xOz est obtenue par une classique analyse de Fourier bidimensionelle. Darts les plans (Okl)* et (lkl)*, certaines rang~es semblent presque discr~tes: ceci permet d'essayer de d&erminer la translation T'selon l'axe 0y entre deux feuillets adjacents. Le calcul des intensit6s des diffusions le long des rang~es des plans (Okl)* et (lkl)* conduit ~t ne retenir qu'un seul module. Le d6sordre r6sulte d'une distribution al6atoire de trois translations parall~les ~ l'axe Oy: l'une est nulle et les deux autres sont de +0.307b et -0.307b. Le principal int6r& de ce travail est de pr6senter une nouvelle m&hode d'approche pour l'&ude des structures semi-ordonn6es. A B S T R A C T:As in most vermiculites, the 11.85 A Na-vermiculite phase has a semi-random structure with stacking faults along the b axis: the (hOl)* plane presents only discrete reflections while other reciprocal rows are more or less diffuse in the c* direction. The xOz projection is obtained by classical two-dimensional Fourier analysis. In the (Ok/)* and (lkl)* planes, some rows appear almost discrete: this allows determination of the 0y translation T from one layer to the next. Calculation of the diffusion intensities along the rows of the (Ok/)* and (lk/)* planes allows a single model to be derived. The disorder is created by the random distribution of three translations parallel to 0y: one is zero and the two others are +0.307b and -0.307b. This paper illustrates a new approach to the study of semi-random structures.Les vermiculites, scion la nature des cations interfoliaires et l'humidit6 relative, sont susceptibles de pr6senter des modes d'empilement des feuillets tr6s diff6rents. Dans la grande majorit6 des cas, ces modes d'empilement sont semi-ordonn6s, ce qui se traduit par des diagrammes de diffraction pr6sentant selon les rang6es parall61es/t la direction c* du r6seau r6ciproque soit des r6flexions discr6tes, soit des r6flexions plus ou moins diffuses.Les empilements r6guliers de feuillets, conduisant ~ une structure ordonn6e tridimensionnellement, ne se rencontrent que lorsque la configuration de la couche 9 1984 The Mineralogical Society

No abstract

RI~SUMI~: Le m6canisme de dispersion dans l'eau d'une smectite a &6 &udi~ en fonction de 2 param&res: la nature du cation interlamellaire, la nature du feuillet de smectite. Pour cela, on a observ6 l'~volution du diagramme de diffusion aux petits angles en fonction de la temp6rature (entre --15~ et la temp6rature ambiante) d'une s~rie de dispersions contenant 20 g d'argile dans 100 g d'eau. La m&hode d'interpr&ation des diagrammes est bas6e sur la comparaison entre courbes exp6rimentales et calcul6es. Les rbsultats obtenus montrent le r61e, dans l'aptitude au gonflernent de la smectite, du cation interlamellaire, de la charge cu feuillet et de sa localisation. Ils montrent ~galement quelles caract6ristiques de la structure sont conserv6es entre la dispersion finale et le solide initial, ce qui permet d'en d~duire le m~canisme de dispersion pour chaque smectite.

Présenté par Georges Pédro Résumé L'article présente d'abord l'évolution structurale d'une bentonite mise en suspension dans des solutions de concentrations variées en nitrate de plomb. L'augmentation de perméabilité de la même bentonite compactée, lors la percolation d'une solution de nitrate de plomb, est ensuite décrite. En s'appuyant sur l'analyse des solutions, la diffusion des rayons X aux petits angles et la microscopie électronique à balayage, on présente les modifications structurales expliquant cette augmentation de perméabilité, de l'échelle nanométrique (diminution de taille des particules d'argile) à l'échelle micrométrique (microfisssuration des agrégats particulaires). Pour citer cet article : N.