La définition des argiles

Définition et classification des argiles

Les argiles sont des alumino- silicates plus ou moins hydratées et la majorité des minéraux appartiennent aux groupes des silico-aluminates phylliteux . Ils sont organisés en couches planes infinies continues d’unités structurale tétraédrique et octaédrique reliés par leur sommet . Ce type de structure à grande surface spécifique associée à des caractéristiques physico-chimiques très particulières expliques la capacité des argiles à admettre de nombreuses échanges de cations et d’anions dans le réseau. I.2) Les grandes familles des minéraux argileux. Les silicates naturelles ou synthétiques constituent une classe importante pour des matériaux céramiques. L’élément de base est le tétraèdre SiO4.Dans les silicates les plus simples, les tétraèdres sont présents dans la structure sous forme d’ions (SiO4) 4- associées à des cations métalliques qui forment avec l’oxygène des liaisons ioniques fortes Les tétraèdres SiO4 peuvent s’associer e mettant en commun un certains nombre d’oxygènes pour former des structures de dimensions finies ou infinies (polymères). Ainsi on distingue les disilicates ou deux tétraèdres SiO4 s’associent en partageant un oxygène, et qui sont caractérisées par la présence de l’anion (Si2O7) 6-.Chaquetétraédre SiO4 peut partager deux oxygènes avec deux tétraèdres voisins pour former des structures en liaisons simples( pyroxènes). Il peut également mettre en commun trois oxygènes pour former des structures en chaînes doubles ou en couches qui constitue la couche tétraédrique T des phyllosilicates. On rencontre en fin des silicates à structure tridimensionnelle comme la silice(SiO2) qui peut exister sous une forme amorphe ou cristalline, les feldspaths comme l’orthose KAlSi3O8. L’architecture des silicates peut être complexe ; c’est ainsi que dans les phyllosilicates, les cations métalliques Mg2+,Al3+, qui ont un degré de coordination égal à 8 ,sont disposées en couche(couche octaédrique O). L’ion aluminium Al3+ peut être éventuellement tétra coordonné jouant ainsi le même rôle que Si4+ , mais il est le plus souvent le centre d’un octaèdre et est alors hexacoordonné ; ceci est possible à cause du rapport des rayons ioniques rSi4+/ rAl3+ qui vaut 0.430 Il est donc possible suivant l’agencement des tétraèdres SiO4 4- et éventuellement de AlO4 5- de représenter le radicale silicate par le symbole (Sim-xAlxOn) (2n+x-4m)- . 4 la définition des argiles . les méthodes de leurs études et certains de leurs applications Fréquemment de faibles granulométrie, les argiles sont des minéraux souvent mal cristallisés et hydratés de forme lamellaire ou fibreuse.Ils sont souvent présentées en mélanges complexes d’espéces.Les minéraux argileux sont formés par l’empilement de couches .L’équidistance basale d est la somme des épaisseurs des feuillets et de l’inter feuillet. Selon les critères suivants, il est possible de distinguer les type de minéraux argileux phylliteux par : – Le nombre de couches d’octaèdres et de tétraèdres dans le feuillet élémentaire(une ou deux couches). – L’ équidistance entre deux feuillets dans les conditions naturelles. – La variabilité de l’équidistance entre deux feuillets est sous l’action de traitements variés.

Les types de minéraux argileux

Selon le nombre de couches octaédriques(O) et tétraédrique(T) , on distingue 3 principaux types de minéraux. -Les minéraux de type 1 :1(ou T-O) à une couche octaédrique et une couche tétraédrique. L’équidistance caractéristique est d’environs 7,1 Ǻ. A ce type correspond le groupe de la kaolinite. -Les minéraux de type 2 :1( ou T-O-T) ou une couche d’octaèdre encadrée par deux couches de tétraédres.l’équidistance caractéristique varie de 9,4 à15Ǻ selon le contenu de l’inter feuillé .Le groupe des talcs ,des micas ,des smectites des vermicules…. Correspondent à ces minéraux. -Les minéraux de type 2 :1 :1( ou T-O-T-O) a une couche d’octaèdre encadré par deux couches de tétraèdres et un inter feuillet constitué par une couche d’octaédre.L’équidistance caractéristique est d’environ 14Ǻ.La chlorite correspond à ce groupe . la plupart des minéraux argileux se divisent en deux sous groupes principales :les minéraux di octaédriques et les minéraux tri octaédriques. La distinction entre ces deux groupes se fait àpartir de la composition des couches octaédriques :si les six valences négatives du site octaédrique sont compensées par 3 cations divalents tels que Fe2+ ou Mg2+, la couche est dite tri octaédrique.Si la compensation est assurée par deux cations trivalents comme Fe3+ ou Al3+, on a une structure di octaédrique. La classification des phyllosilicates révèle que la famille de la kaolinite ; la famille des smectites ; la famille de l’illite sont parmi les familles les plus connues en céramique.

Les matières argileuses kaolinites

Composition chimique et minéralogique

On s’intéresse plus particulièrement à cette famille en raison de ses propriétés adaptées aux procédés céramiques .Les argiles kaolinites sont constituées pour l’ essentiel de la kaolinite qui est souvent associée à d’autres minéraux tels que le quartz et aussi des impuretés sous forme d’oxyde de micas ou de feldspaths .Les argiles kaolinites sont classées selon la teneur en alumine Al2O3 de l’échantillon.Les argiles à faibles teneur en alumine(Al2O3< 30%) sont utilisées dans les terres cuites tandis que les argiles riches en alumine(Al2O3> 40%) sont utilisées pour les céramiques réfractaires .Les argiles kaolinites ont une perte au feu élevée qui est du à l’élimination de l’eau de constitution, à la décomposition de certains minéraux associés et à la composition des matières organiques. La composition chimique d’une kaolinite correspondant à la formule structurale Si2Al2O5(OH)4 est la suivante. SiO2= 46.5% Al2O3= 39.5% H2O= 14.0%. 2 :1 et se La kaolinite seule est un minéral réfractaire c’est à dire la température de liquidus est environ 1800degrés mais associée à des minéraux comme les feldspaths ,les micas ou les carbonates , la température de liquidation lors du frittage se trouve abaissée .La teneur en oxyde de fer et de titane influence la couleur des tessons céramiques, les matières organiques affectent les suspensions et le comportement de la matière lors de la mise en forme. Ces minéraux associés fournissent à ces argiles kaolinites des propriétés diverses ; Les argiles kaolinites forment avec l’eau des suspensions colloïdales et des pâtes plastiques homogènes, stables et aptes au moulage et au coulage ce qui est à l’origine de leur utilisation dans de nombreux procédés céramiques. 

Le quartz

La silice se rencontre essentiellement sous forme de quartz dans les argiles kaolinitiques. Il modifie la structure des pâtes frittées.La silice peut réagire avec d’autres minéraux associés en occurrence les feldspaths , les carbonates…mais cette réaction ne concerne que les grains les plus fins .La transformation du quartz résiduel dont les grains sont les plus gros est favorisée par l’augmentation de température ; la transformation réversible quartzβ quartzα à 573˚ s’accompagne d’une variation de volume qui peut être à l’origine d’un abaissement de propriétés mécaniques des matériaux.