Recherche Avancée

Thèse soutenue

Les minéraux argileux et leur hétérogénéité superficielle : influence de la nature des cations compensateurs superficiels de l'illite sur les mécanismes d'adsorption de gaz

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Auteur / Autrice : Frédérique Bardot
Direction : Frédéric Villiéras
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Géosciences
Date : Soutenance en 1998
Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire environnement et minéralurgie (Vandoeuvre-les-Nancy)

Résumé

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Cette étude contribue à la compréhension des mécanismes d'adsorption de gaz à la surface des minéraux argileux. Le solide utilise est un phyllosilicate 2:1, l'illite du puy. Après purification, neufs échantillons ont été préparés en échangeant les cations compensateurs superficiels avec Li+,Na+, K+, Rb+, Cs+, Mg²+, Ca²+, Sr²+ ou Ba²+. Ces échantillons ont fait l'objet d'une caractérisation préalable par analyses chimiques, thermiques et texturales. Les résultats obtenus montrent que les particules élémentaires sont formées de 5 à 6 feuillets, de surface spécifique de l'ordre de 170 m²/g et organisées en agrégats dont la porosité est pratiquement indépendante de la nature du cation. Les propriétés énergétiques superficielles ont été analysées par adsorption d'azote et d'argon haute résolution et microcalorimétrie d'adsorption basse température à 77K. Le facteur de forme des particules élémentaires ne peut être déduit des isothermes d'adsorption d'argon que pour les échantillons monovalents. La modélisation des isothermes par la méthode dis met en évidence le rôle des cations pour l'adsorption d'azote et d'argon. Des mécanismes ont alors été proposés en considérant deux familles de sites primaires sur lesquels s'adsorbent les premières molécules de gaz : sites primaires associés aux cations et sites primaires associés aux cages hexagonales vides du réseau tétraédrique. Le rôle de ces sites pour l'adsorption d'azote et d'argon est alors discuté. Les mécanismes d'interaction avec l'eau ont enfin été étudiés par gravimétrie d'adsorption de vapeur d'eau et microcalorimétrie d'immersion à 303K. Il apparait que le moteur principal de l'adsorption d'eau est l'hydratation des cations superficiels accessibles. Les résultats ont aussi été analysés et comparés en termes de mouillabilité.