Caractérisation minéralogique

Les sols sont constitués de particules de minéraux sous une forme stable ou en décomposition. Les différents minéraux des sols sont le quartz ; les argiles, les feldspaths ; les micas ; les carbonates (calcite ou dolomite) ; les oxydes et les hydroxydes métalliques.

Les minéraux peuvent être sous forme de grains polygonaux, de lamelles (les argiles, agrégats). Les propriétés dépendent dans une certaine mesure de l’assemblage de ses minéraux (cohésion) ou microstructure. Les minéraux silicatés représentent 95% des constituants de l’écorce terrestre [Pomerol et al ., 1995]:

- Le quartz est une forme instable de la silice SiO2 qui est très faiblement soluble. - Les fedspaths

- Les micas de la famille des phylosilicates (sensibles à l’altération). - Les oxydes et les hydroxydes métalliques.

Les argiles du sol ont pour origine la transformation biochimique ou géochimique des minéraux primaires qui, eux-mêmes, proviennent de la fragmentation des roches-mères

[Duchaufour,1977]. Cette fraction fait partie de ce que l'on appelle communément "Le Complexe D'altération" dont elle constitue la composante essentielle.

Le terme d’argile est générique il regroupe des minéraux chimiquement et physiquement différents. Dans un sol, une argile peut avoir deux origines : détritique (transportée) ou chimique (diagénétique = cristallisée « sur place » ou d’altération d’une formation existante). Si elle a une origine chimique, le gisement est homogène tant que la chimie du site est

91 homogène et que les réactions de cristallisation et/ou d’altération sont identiques. Deux grands modes d’altération (Millot et al ., 1976) existent :

- L’altération superficielle liée à l’infiltration des eaux de surface affectant tout le massif et dont l’ampleur est en relation directe avec la proximité de la surface.

- L’altération hydrothermale, liée à la circulation de fluides (liquides ou gazeux), qui reste un phénomène local. Si les argiles ont une origine détritique, le gisement peut receler une hétérogénéité dans la nature de ces argiles (autant que de sites d’érosion).

La présence, la nature et la teneur en argile dans un sol donné sont donc directement liées à l’histoire géologique de la région (Chevasu, 1976). D’autres caractéristiques telles que la présence d’éléments chimiques solubles ou de matière organique ou encore la microstructure du sol découlent aussi de l’histoire géologique.

Les conditions dans lesquelles cette dégradation a eu lieu, ainsi que l’état d’avancement de cette dégradation peuvent expliquer la grande diversité des argiles (Jackson et Sherman 1953 cités par (Grunberg 1995). De par leur origine détritique et leur nature granulaire, la structure des sédiments argileux est complexe, dont l’eau tient une place prépondérante.

Les minéraux argileux sont des silicates hydratés dont 70 % de leurs masses sont des minéraux de silice et d’alumine (Mouroux et al, 19880), dont la structure est feuilletée. Selon la famille de minerai argileux considérée, les particules les plus fines peuvent être constituées d’un feuillet ou d’un assemblage de quelque feuillets, et leur taille est très faible, dont 50% des éléments sont < 2 μm le reste étant inférieur à 5 μm (Homand et al ., 2000).

Les argiles sont de la famille des phylosilicates issu de la décomposition des micas. L’eau qui hydrate l’argile peut être sous forme d’eau adsorbée ou absorbée par capillarité ou osmose. L’argile peut être gonflante cela est lié aux propriétés électrochimiques des feuillets (elle est gonflante si il y’a un déficit en charge négative.

V.2.2. Microstructures des sols

Une distinction doit être faite entre les notions de texture et microstructure. Le terme de texture d’un sol est employé par (Itsvan, 1990) dans le sens de l’étalement de la courbe granulométrique d’un sol. Ceci revient à relier ce terme avec la notion de teneur en argile. La notion de microstructure correspond à celle de la géologie c’est-à-dire d’un arrangement mutuel des particules de minéraux qui constituent le sol.

La granulométrie du sol est l’un des paramètres les plus importants de sa caractérisation. En réalité, les grains ne sont pas indépendants les uns des autres : ils peuvent s’assembler en agrégats. Ces assemblages sont contrôlés, entre autres, par la composition minéralogique et la

92 présence de matières organiques. Les particules d’argiles ont une tendance naturelle à s’associer selon des géométries bien précises correspondant à un accolement par les faces ou les côtés des feuillets. Cette tendance est accentuée par la présence des acides humiques. Ensemble, ils forment alors des agglutinats atteignant une taille de l’ordre de 50 μm.

D’autres types d’assemblages existent tels que l’enrobage des grains de grandes tailles (quelques dizaines de micromètres de quartz ou de calcite par exemple) par les argiles ou des amas orientés de particules argileuses. Ce type de géométrie est souvent hérité de structures géologiques :

• d’origine sédimentaire ; les conditions de sédimentation sont diverses et se traduisent par des assemblages minéralogiques et microstructuraux distincts. Par exemple, un dépôt d’estuaire est marqué par la floculation sous forme d’agrégats de particules fines apportées par le fleuve. • d’origine dia génétique ; parmi les processus physico-chimiques qui ont lieu lors de la diagénèse, la compaction des matériaux favorise la multiplication des contacts entre grains. Les feuillets d’argiles s’orientent préférentiellement.

• d’altération ; l’altération chimique se traduit par la croissance de nouveaux minéraux aux dépens d’anciens minéraux. Il peut s’agir de réarrangements dans le réseau cristallin (micas ou argiles) mais aussi de néoformation. Dans le premier cas la texture macroscopique ne change guère mais dans le deuxième cas la texture du sol/roche est entièrement modifiée. D’une façon générale, on doit à ces microstructures les caractéristiques naturelles telles que la densité et la cohésion des sols en place.

V.2.2.1. Microstructure des argiles

La cellule de base des minéraux argileux est appelé cristallite elle est constituée d’un feuillet (layer) et d’un inter feuillet (inter layer) appelé aussi espace inter foliaire. Chaque feuillet est lui-même formé de la superposition de deux ou trois couches (sheets) cristallisées [NF P 11-300, 1992].

L’inter feuillet est constitué de fluide (d’eau) assurant une liaison électrochimiques entre les feuillets. Il existe différents types de liaisons inter feuillets, liées notamment à des phénomènes de substitutions iso morphiques à la surface des cristallites une particule d’argile résulte de l’empilement face-à face de quelques cristallites élémentaires, elle n’est formée parfois que d’une seule cristallite.

93 Structure de base