Caractérisation des mécanismes du gonflement intracristallin d'une montmorillonite homoionique sodique. / Characterization of the innercrystalline swelling process of a homoionic sodium montmorillonite

Abstract

Les changements texturaux et structuraux qui se manifestent au cours du gonflement intracristallin d'une montmorillonite du Wyoming rendue sodique par échange ionique ont été étudiés par utilisation de l'analyse thermique à vitesse de décomposition contrôlée (ATVDC), la volumétrie d'adsorption d'azote, la gravimétrie d'ad-sorption d'eau, la microcalorimétrie d'immersion dans l'eau et la diffraction des rayons X sous atmosphère contrôlée de vapeur d'eau. L'analyse de la forme de la raie dOOl des spectres expérimentaux de diffraction des rayons X et la comparaison avec celle des spectres calculés a permis de suivre l'évolution de la structure au cours de l'adsorption et de la désorption de la vapeur d'eau. Aux valeurs de pression relative de vapeur d'eau inférieures à 0,16 les molécules d'eau s'adsorbent uniquement sur les faces externes des tactoïdes. Dans ce domaine la surface spécifique croît de 43 à 105 m2. g-1 et la taille des tactoïdes diminue pour atteindre celle observée après immersion dans l'eau, soit 6 feuillets en moyenne par tactoïde. Pour les valeurs de pression relative comprises entre 0,16 et 0,50 et après que la monocouche a été atteinte sur les faces externes, l'eau pénètre dans l'espace interlamellaire pour former un hydrate à une couche sur environ 40 % de la surface interne. Pour les valeurs de pression relative comprises entre 0,5 et 0,93, un état hydrate à deux couches et à trois couches est tout d'abord observé après que la capacité correspondante à la bicouche a été atteinte sur les faces externes des tactoïdes. Pour P/Po = 0,90, 73 % des feuillets sont recouverts par une bicouche d'eau dont l'organisation correspond au modèle proposé par BEN BraHIM (1985). La surface spécifique interne est alors voisine de 710 m2. g-1. Lors de la désorption, jusqu'à une pression relative de vapeur d'eau égale à 0,72, les molécules d'eau des faces externes des tactoïdes et celles contenues dans la mésoporosité d'empilement des particules sont désorbées en priorité. Entre 0,5 et 0,25 de valeur de pression relative, environ 70% de l'espace interlamellaire est dans un état hydrate à une couche. L'état sec interlamellaire initial est atteint pour une valeur de P/Po = 0,05. Contrairement aux résultats obtenus, par exemple avec la beidellite, on n'observe jamais d'état homogène. De plus, l'espace interlamellaire n'est jamais complètement rempli. Il a été possible de distinguer la phase d'hydratation des cations qui correspond à la formation d'îlots d'eau condensée de la phase de remplissage du reste de l'espace interlamellaire. Enfin, la phase de formation du gel à la suite du gonflement d'origine osmotique correspond à une réaction isoenthalpique.