Étude de matériaux argileux albanais. Caractérisation "multi-échelle" d'une bentonite magnésienne. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2003

Étude de matériaux argileux albanais. Caractérisation "multi-échelle" d'une bentonite magnésienne.

Résumé

This study adresses the clay/metallic cation interaction with respect to their part played in landfill sites. The present study is aimed to correlate the permeability variations with structural and textural modifications, produced as a result of heavy metal sorption by the clay. The clay used for the experimental works has been chosen among three Albanian samples because of its bentonite-like characteristics. It is originated from Prrenjas region, and derived from supergene alteration of ultrabasic rocks. This bentonite is characterized by a high value of CEC (90 meq/100g), Mg2+ as a major interlayer cation and the presence of interstratified illite (11%). The XRD, TEM and SAXS allow to identify the mineralogy and the special morphology of Prrenjas bentonite, i.e. microagregates made of thiny particles, strongly different from Wyoming "standard" montmorillonite. The exchange experiments with Pb(NO3)2 on suspended clays, have been performed with concentrations ranging from 10-5M to 10-2M. In addition to a study of micro structural and textural, several effects of lead sorption are evidenced. A reduction of hydration in interlayer space is observed by XRD. TEM images have shown, the fragmentation of microagregates leading to the initial particles. On the contrary, the Wyoming montmorillonite shows very few modification. XPS analyses have confirmed a lead sorption on the clay surface more important for the Prrenjas clay than for the Wyoming montmorillonite. Percolation of 10-2M Pb(NO3)2 solution was carried out until a total sorption of Pb2+, into a compacted clay. A great increase of permeability (a factor 40) is observed, much higher than that observed in the Wyoming clay (a factor 2). In percolated sample, observation using cryo-SEM reveals the formation of interconnected micro-cracks nets, explaining the large flow increase. Finally, this work, shows that permeability increase, observed for Prrenjas bentonite, is linked to structural modifications at different scales of clay organisation.
Ce travail s'inscrit dans le cadre des études de l'interaction argile/polluant, concernant l'utilisation des argiles comme barrière d'un site de stockage de surface. Le travail présenté se propose de relier les variations de la perméabilité avec les modifications structurales et microtexturales pouvant être induites par la fixation d'un cation métallique sur une argile. Parmi 3 matériaux argileux albanais présélectionnés, celui de Prrenjas, formé par pédogenèse puis sédimentation continentale aux dépens d'une roche mère (ultrabasique), a été choisi en raison de ses caractéristiques proches d'une bentonite. Cette bentonite se caractérise par la présence majoritaire de smectite, par une CEC élevée, (90 meq/100 g), de Mg2+ majoritaire en position interfoliaire et la présence d'illite (11%) interstratifiée. Au MET la bentonite de Prrenjas a une morphologie particulière, avec une texture en microagrégats constitués de petites particules, qui la différencie des bentonites «modèles», du type Wyoming. Les études de l'interaction de l'argile en suspension avec des solutions de concentrations variées en Pb(NO3)2 couplées à l'étude de l'évolution structurale et microtexturale du matériau ont permis d'observer l'effet de Pb2+ sur l'argile de Prrenjas et sur l'argile de référence, Wyoming (SPV) échangée-Mg. Une diminution de l'hydratation de l'espace interfoliaire en fonction de la fraction molaire de Pb2+ a été observée par DRX. Les clichés de MET ont montré, pour l'argile de Prrenjas, une fragmentation des microagrégats qui la constituent en petites particules. Par contre, l'argile de référence paraît peu modifiée. La spectrométrie XPS indique une fixation de Pb2+, en surface des particules, plus importante pour l'argile de Prrenjas que pour l'argile de référence. Les essais de longue durée de fixation de Pb2+, par percolation d'une solution de Pb(NO3)2 à forte concentration (10-2 M) à travers l'argile compactée, ont montré une augmentation de la perméabilité d'un facteur 40, comportement, sans commune mesure, avec celui de la montmorillonite de référence (facteur 2). Les observations au cryo-MEB de l'argile compactée après la percolation de Pb(NO3)2 10-2M montrent des chemins d'écoulement connectés qui expliquent l'augmentation observée du débit. Finalement, ce travail montre que l'augmentation de la perméabilité, observée pour l'argile de Prrenjas, est une conséquence des modifications structurales aux différentes échelles d'organisation du matériau.
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Dates et versions

tel-00003740 , version 1 (12-11-2003)

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  • HAL Id : tel-00003740 , version 1

Citer

Nevila Jozja. Étude de matériaux argileux albanais. Caractérisation "multi-échelle" d'une bentonite magnésienne.. Minéralogie. Université d'Orléans, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00003740⟩
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