Etude expérimentale de la sorption d'eau et du gonflement des argiles par microscopie électronique à balayage environnementale (ESEM) et l'analyse digitale d'images

par Germán Montes-Hernandez

Thèse de doctorat en Géochimie

Sous la direction de Joëlle Duplay et de Luis Martinez.

Soutenue en 2002

à l'Université Louis Pasteur (Strasbourg) .


  • Résumé

    Ce travail est consacré à l'étude de la sorption d'eau et du gonflement des argiles (bentonite MX80 et argilites du Bassin de Paris). On propose une nouvelle approche par microscopie électronique à balayage environnementale (ESEM) couplée à l'analyse digitale d'image pour estimer le gonflement en fonction ,du temps et de l'humidité relative. L'ESEM est un outil de nouvelle génération encore peu utilisé dans le domaines des argiles, qui permet d'étudier des matériaux hydratés dans différentes conditions d'humidités relatives. Dans ce travail on montre qu'il est possible d'obtenir des informations qualitatives et quantitatives sur le gonflement des argiles à l'échelle de l'agrégat. L'étude de la cinétique permet ainsi d'identifier trois étapes de gonflement, dont l'étape de gonflement proprement dite, décrite par un modèle cinétique de premier ordre. L'étude de la sorption d'eau de la bentonite brute et échangée avec différent cations (Na+, Li+, K+, Ca++, Mg++) a permis d'aborder l'influence des cations sur le potentiel de gonflement. La cinétique d'adsorption, décrite par un modèle de deuxième ordre dépend directement de l'humidité relative, de la masse de l'échantillon et du cation compensateur. L'étude de la texture en conditions sèches et humides de la bentonite MX80 compactée a permis d'observer l'évolution morphologique du réseau poreux (macroporosité) au cours de l'hydratation/ déshydratation. A partir de différentes approches analytiques on constate une diminution de la taille des macropores et/ou mésopores, et l'ouverture de pores inter- agrégats lorsque la densité apparente augmente. L'étude de l'influence de la condensation/ évaporation instantanée d'eau sur les argilites montre que la sensibilité à l'eau augmente lorsque la proportion argileuse augmente; elle est marquée entre autres par une fissuration qui peut être partiellement réversible ou irréversible après quelques cycles de condensation/ évaporation.

  • Titre traduit

    Experimental study of water sorption and swelling of clays by environmental scanning electron microscopy and digital images analysis


  • Résumé

    In this work we study the water sorption and swelling of clays (MX80 bentonite and a hard argillaceous rock). We propose a new method based on environmental scanning electron microscopy (ESEM) coupled to the digital image analysis program for estimate the swelling as a function of time and of relative humidity. The ESEM is a new generation tool still rarely used in the field of clays study, that allows to study hydrated materials in different conditions of relative humidities. In this study, we show that it's possible to obtain qualitative and quantitative information on clay swelling at the scale of an aggregate. The kinetic study allows to identify three stages of swelling where the second stage can be modeled by a kinetic model of first order. The water adsorption study of the raw bentonite and exchanged bentonite with (Li, Na, K, Ca, Mg) allows to know the influence of interlayer cations on the swelling potential. The water adsorption kinetic, described by a model of second order, depends directly on the relative humidity, on the masse of the sample and on the nature of interlayer cation. The study of the texture in dry and wet conditions of the compacted bentonite-MX80, allows to observe the morphological evolution of the porous network (macroporosity) during hydration/ dehydration process using different analytical tools, it is verified a decrement of the size of the macroporous and/or mesoporous and the opening of the inter-aggregates porous while the apparent density increases. Finally, the study of the influence of the instantaneous water condensation/ evaporation cycle on the "hard argillaceous rock" shows that the sensibility to the water increases when the clay proportion increases. This phenomena is characterized by the cracking surface. That can be partially reversible or irreversible after some condensation/ evaporation cycles.

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Informations

  • Détails : 151 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 143-151

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service des bibliothèques. Bibliothèque L'Alinéa.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2002;4105
  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Institut de géologie. Bibliothèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 13683
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