ARGILES

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Les argiles ont été utilisées très tôt dans l'histoire de l'humanité, après le silex et la pierre taillée. Ce matériau possède des propriétés plastiques particulières : facilement modelable, il peut être figé de façon irréversible, ce qui a permis les premières applications domestiques (vases, plats, etc.) et culturelles (statuettes, supports d'écriture...). Depuis lors, les applications industrielles et domestiques n'ont cessé de se développer. Les argiles se trouvent aujourd'hui dans de nombreux produits, qu'elles soient utilisées comme matière première de base (par exemple, le kaolin dans la fabrication de céramique) ou comme adjuvant ou additif (le kaolin pour la fabrication de charges minérales utilisées dans l'industrie papetière).

Sculpture en argile (chamotte)

Photographie : Sculpture en argile (chamotte)

Du fait de leurs propriétés physico-chimiques (hydratation, plasticité, durcissement...), les argiles sont des roches sédimentaires utilisées depuis des millénaires, que ce soit dans la vie de tous les jours avec la fabrication d'objets domestiques, la réalisation d'œuvres d'art, comme... 

Crédits : S. Martin

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Les constituants des argiles – les minéraux argileux –, de taille nanométrique à micrométrique, sont invisibles à l'œil et à la loupe. Ils ne peuvent être observés que par diffraction des rayons X, microscopie électronique et microanalyse chimique, spectrométrie infrarouge ou par d'autres méthodes plus spécifiques. Les argiles sont souvent associées à la fraction inférieure à 2 micromètres (0,002 mm) ou à 4 micromètres (0,004 mm) dans la classification des roches sédimentaires. Les minéraux contenus dans les roches argileuses sont majoritairement des phyllosilicates (silicates hydratés lamellaires ou fibreux). Ce sont ces minéraux qui confèrent à la roche ses propriétés particulières. Abondantes et accessibles à la surface de la Terre, les argiles sont les constituants principaux des sols ; elles représentent près de la moitié des roches sédimentaires.

Structure et propriétés des argiles

Structure des minéraux argileux

Les minéraux argileux sont des phyllosilicates comme le sont les cristaux de micas (biotite ou muscovite) qui se débitent en lamelles lorsqu'ils sont macroscopiques. Le feuillet élémentaire de chaque espèce peut être décrit par un agencement spécifique de deux types de couches déterminées par la géométrie des polyèdres et la coordinence des cations : la couche tétraédrique et la couche octaédrique. La couche est dite trioctaédrique si tous les sites octaédriques sont occupés par des cations divalents et dioctaédrique si seuls deux octaèdres sur trois sont occupés par des cations trivalents. Pour constituer le feuillet élémentaire du cristal, les couches octaédriques et tétraédriques partagent des ions oxygènes. Lorsque les feuillets présentent une charge électrique négative du fait de substitutions chimiques dans les couches tétraédriques et/ou octaédriques, la neutralité électrique de l'édifice est assurée par l'ajout d'une couche interfoliaire chargée positivement.

Classification des minéraux argileux

La classification des phyllosilicates repose sur un ensemble de critères regroupant le nombre de couches mises en commun dans le feuillet élémentaire, le mode d'empilement et la chimie des feuillets. Il est possible de regrouper la quasi-totalité des minéraux argileux en trois grandes familles structurales. Dans les feuillets de la famille 1 :1, une couche tétraédrique est liée à une couche octaédrique comme c'est le cas de la kaolinite. Dans le feuillet de la famille 2 :1, une couche octaédrique est liée à deux couches tétraédriques comme c'est le cas pour l'illite. Cette famille intègre plusieurs groupes structuraux qui se distinguent par l'absence ou la présence d'une couche interfoliaire (pyrophyllite et illite respectivement) et par le caractère variable ou non de l'épaisseur du feuillet en fonction de son l'état d'hydratation comme c'est le cas pour la smectite, dont la distance inter-réticulaire peut varier de 1 à 1,5 nanomètre. Le feuillet de la famille structurale 2 :1 :1 se caractérise par la présence d'une couche octaédrique interfoliaire qui assure la neutralisation électrique du feuillet 2 :1, comme c'est le cas pour la chlorite. Une des caractéristiques des minéraux argileux est leur aptitude à l'interstratification qui consiste dans l'empilement de feuillets de compositions différentes (deux composants ou plus) au sein du même cristal.

Classification des argiles

Tableau : Classification des argiles

Classification simplifiée des argiles et des phyllosilicates. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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La kaolinite

Dessin : La kaolinite

La structure de la kaolinite présente un simple empilement de feuillets élémentaires, composés d'une couche tétraédrique et d'une couche octaédrique. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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L'illite

Dessin : L'illite

La structure de l'illite montre des feuillets composés d'une couche octaédrique liée à deux couches tétraédriques. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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La smectite

Dessin : La smectite

La structure de la smectite se distingue, avec d'autres phyllosilicates, par un espace interfoliaire qui dépend de son état d'hydratation. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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La chlorite

Dessin : La chlorite

La structure de la chlorite se caractérise par la présence d'une couche octaédrique interfoliaire. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Propriétés spécifiques des minéraux argileux

Les propriétés originales des argiles sont liées à leur caractère finement divisé, à leur très petite taille et à leur comportement particulier avec l'eau qui en font des minéraux très liés au monde du vivant. Les phénomènes d'hydratation et la capacité d'interaction chimique des argiles avec leur environnement minéral et biologique sont tout à fait remarquables. Les phénomènes d'hydratation des argiles sont liés à la capacité des minéraux argileux de fixer de l'eau de manière réversible sur leur surface externe, et autour de leurs plans cationiques interfoliaires dans le cas des argiles gonflantes (smectites ou vermiculites). Compte tenu de la très grande surface spécifique des minéraux argileux (la surface d'une smectite peut atteindre plus de 750 m2 par gramme de matière), les argiles exercent une fonction considérable sur le cycle de l'eau dans la croûte terrestre. De manière plus locale, les argiles des sols constituent un formidable réservoir d'eau pour les plantes en période de sécheresse. Enfin, la cuisson à haute température (500 0C et plus) déshydrate les argiles de manière irréversible en détruisant leur structure cristalline et en libérant l'eau qu'elles contiennent. De par leur forte capacité d'échange cationique, les argiles participent à la régulation des transferts sol-végétation. Au-delà des échanges ioniques, les surfaces exprimées par les minéraux argileux peuvent également être le siège de réactions catalytiques.

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Sculpture en argile (chamotte)

Sculpture en argile (chamotte)
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Classification des argiles

Classification des argiles
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La kaolinite

La kaolinite
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L'illite
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Pour citer l’article

Daniel BEAUFORT, Maurice PAGEL, « ARGILES », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 02 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/argiles/