Étude infrarouge (IR)

Les spectres infrarouges de la vermiculite broyée et ses produits traités aux ultrasons dans l’eau pure ou contenant du peroxyde d’hydrogène à 7% de concentration argile-solvant sont très similaires (figures III.13 et III.14). Ceci indique qu’aucun changement structural des feuillets pendant l'irradiation n’a eu lieu.

Figure III.13. Spectres infrarouge de la vermiculite broyée (a), et ses produits traités aux ultrasons dans l’eau distillée, 2h et 5h.

86 Figure III.14. Spectres infrarouge de la vermiculite broyée (a), et ses produits traités aux

ultrasons dans l’eau oxygénée, 2h et 5h.

Une bande large vers 1020 cm−1 est attribuée à la fonction Si–O (vibration d’élongation). Deux bandes larges à 450 cm−1 et 680 cm−1 sont attribuées à la fonction Al–O (vibration d’élongation) (Farmer, 1974). Une bande large vibrationnelle de l’eau vers 3430cm-1 est attribuée aux vibrations d’élongations asymétriques et symétriques de groupement –OH. Deux bandes ont été observées vers 3650 et 3700cm-1, attribuées aux vibrations d’élongation des groupements –OH des feuillets. La fréquence à 3650 cm-1 est lié à vibrations d’élongations de groupement –OH dans tétraèdre Mg(OH)3 (Fernandez et al, 1970 ; Farmer, 1974). Pour les vermiculites traitées dans des solutions aqueuses contenant du peroxyde d’hydrogène (figure III.14), deux bandes ont été observées : la première intense et étroite vers 1380 cm⁻¹, la seconde large vers 1450 cm^-1. Elles sont attribuées à la présence d’une quantité d’ion carbonate formée par la dissolution du dioxyde de carbone de l’air avec les ions hydroxyde (OH−) libérés par l’argile (Jeevanandam et al, 2002) et celles générés durant la décomposition du peroxyde d’hydrogène.

Pour la vermiculite broyée (figure III.15), on observe une faible quantité de carbonates (pic moins intense par rapport aux échantillons traités pendant 2 et 5h), cette quantité augmente après sonification. Les ions carbonates ( 2

3

CO ) sont formés durant le traitement aux ultrasons, ils sont générés par la réaction du dioxyde de carbone présent dans l’air avec les ions

87 hydroxyde (OH−). Les ultrasons induisent une décomposition aussi du peroxyde d’hydrogène ce qui conduit à une augmentation de la quantité des ions OH- présents dans la solution. Les ions OH- présents dans la solution sont donc la conséquence de la décomposition du peroxyde d’hydrogène et de la libération des ions OH- par la vermiculite. Ces deux sources d’ions OH -dans la solution conduisent à l’augmentation de la quantité de dioxyde de carbone dissous dans la suspension selon cette réaction :

CO_{2(aq )}+ 2OH−→ CO_{3(aq )}2− + H₂O(l)

Les carbonates formés réagissent avec les ions interfoliaires pour former les sels: K2CO3 et CaCO3.

2K_{(aq )}⁺ + CO_{3(aq )}²⁻ → K₂CO3(aq ) 2Ca_{(aq )}2+ + CO_{3(aq )}2− → CaCO_{3(aq )}

Figure III.15. Spectres infrarouge de la vermiculite brute (a), et ses produits traités aux ultrasons dans l’eau oxygénée, 2h et 5h, dans la région 1200-1600 cm-1.

Concernant le traitement dans l’eau distillée, il y a une source unique c’est les OH- libéré par l’argile, conduisant à la réduction de quantité de gaz CO2 dissout durant l’irradiation ultrasonique, C’est pour cette raison que l’intensité du pic vers 1380cm-1 est plus faible que celle remarquée avec l’eau oxygénée (figure III.16).

1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600 1460 cm^-1 1380 cm^-1 A b s o rb a n c e ( a . u ) 2h 5h Wave number (cm^-1) a 1380 cm^-1

88 Figure III.16. Spectres infrarouge de la vermiculite broyée (a), et ses produits traités aux

ultrasons dans l’eau, 2h et 5h, dans la région 1200-1600 cm-1.

III.1.1.5.Étude DRX

III.1.1.5.a. Spectres DRX de vermiculite broyée et traitées aux ultrasons dans l’eau distillée Nous avons effectué les spectres XRD de la vermiculite broyée et des échantillons sonifiées à la concentration de 7%, en présence et en absence du peroxyde d'hydrogène. Ceci dans le but de déterminer l’effet de la sonification sur la structure des grains.

La figure III-17 représente les spectres DRX de la vermiculite broyée et traitée aux ultrasons dans l’eau. L’espace basal est modifié par la présence de molécules d’eau d’hydratation, ceci se traduit par une modification de la position des pics sur le spectre DRX. La vermiculite que nous avons étudiée contient deux ions dans l’espace interfoliaire: le potassium K+ et le calcium Ca2+. Le potassium étant non hydraté alors que le calcium est intercalé avec une monocouche d’eau (Ferrage et al, 2010 ; Ferrage, et al, 2011).

Pour la vermiculite broyée, Le pic le plus intense sur le spectre, 002(a), positionne à

2θ = 6,04° corresponds à un espace basal d=14,60 Å (espace interfoliare) (Pérez-Maqueda et al, 2003; Muiambo et al, 2010; Mathieson, 1958). Un autre pic intense étroit, 002(e), qui se situe à 2θ = 8.84o correspond un espace basal d = 10,0 Å, cet espace contient l’ion K+ non hydraté, c’est le seul qui est reste sur le spectre DRX lorsque la vermiculite a été échangée par les ions K+ (figure III.18). Le pic 002(b) situé à 2θ =7,02° correspond à un espace basal d=12,57 Å contenant l’ion Ca2+ monohydraté. Les pics 002(c) et 002(d) situés à 2θ = 7,40° et 2θ = 8° correspondent, respectivement, à des espaces basal d= 11,93 Å et d= 11,04 Å et sont la conséquence de l’interstratification des couches contenant les ions K+ et Ca2+.

1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600 2h 5h 1380 cm^-1 A b s o rb a n c e ( a . u ) Wave number (cm^-1) a

89 Figure III.17. Difractogrames DRX de la vermiculite broyée et sonifiées en solution aqueuse.

Figure III.18: Spectre DRX de la K-vermiculite.

Le traitement aux ultrasons de la vermiculite en solution aqueuse a entrainé une diminution de l’intensité et un élargissement du pic 002(a). Cet effet s’accentue avec le temps. Après la sonification de la vermiculite en solution aqueuse, pendant 2heurs, l’intensité du pic lié à (002a), réflexion, est fortement diminuée ce qui conduit à un élargissement de la largeur à mi-hauteur du pic qui était ω= 0,12o = 0,0021 rad, devient 0,18o =0,0031rad. Après 5 heures de traitement, l’intensité du pic est encore diminuée et l’élargissement de ω devient 0,310=0,0054 rad. Les autres pics associés aux réflexions (002b), (002c) et (002d) ont également diminué après deux heures de sonification. Après 5 heures de sonification,

90 l'intensité de ces pics est diminue plus. L'intensité de la réflexion liée au pic (002e) est également plus diminuée avec le temps. Généralement aucune destruction de la structure cristalline n’a été remarquée.

Figure III.19. Spectres DRX de la vermiculite broyée et sonifiée en solution aqueuse dans la région 5-10o.

On peut calculer la taille moyenne des cristallites selon l’axe -c-, à l’aide de la relation du Debye-Scherrer: a = _{ω.cos θ}^0.9λ , ((002a) réflexion à 2θ=6.04^o). a : la taille moyenne des cristallites (nm), λ : la longueur d’onde de la radiation sélectionnée (nm) égale à 0,154nm, ω: la largeur à mi-hauteur du pic (radians), θ = angle de diffraction (degrés). Nous avons trouvé après calcul que la taille des cristallites de la vermiculite non traité (broyée) égale à 67,5 nm, elle devient 45nm après 2heures de traitement et atteint 31,5 nm après 5 heures de traitement. Cette réduction est interprétée par la fragmentation des particules et désorption des cations interfoliares dans la solution.

III.1.1.5.b. Spectres DRX de vermiculite broyée et traitées aux ultrasons dans l’eau