Smectite

Une smectite (du grec ancien σμηκτός ( smēktós ) « lubrifié » ; de σμηκτρίς ( smēktrís ) « terre du marcheur, terre du foulon » ; littéralement « terre à frotter ; terre qui a la propriété de nettoyer » ) est un mélange minéral de divers silicates en feuillets gonflants ( phyllosilicates ), qui ont une structure à trois couches 2:1 (TOT) et appartiennent aux minéraux argileux. Les smectites sont principalement constituées de montmorillonite , mais peuvent souvent contenir des minéraux secondaires tels que le quartz et la calcite .  

En minéralogie des argiles, le terme smectite est synonyme de montmorillonite (également le nom d'une phase minérale argileuse pure) pour désigner une classe d'argiles gonflantes. Le terme smectite est couramment utilisé en Europe et au Royaume-Uni, tandis que le terme montmorillonite est préféré en Amérique du Nord, mais les deux termes sont équivalents et peuvent être utilisés de manière interchangeable. Pour les applications industrielles et commerciales, le terme bentonite est principalement utilisé à la place de smectite ou de montmorillonite.

La structure en couches 2:1 (TOT) est constituée de deux couches tétraédriques (T) de silice (SiO2 ₎ qui sont liées électrostatiquement par une couche centrale _octaédrique ( O ₎ d' _Al2O3 ( gibbsite ) ou de Fe2O3 . _Les couches élémentaires TOT ne sont pas reliées rigidement entre elles mais sont séparées par un espace libre : la couche intermédiaire qui abrite les cations hydratés et les molécules d'eau . La smectite peut gonfler en raison de l'incorporation réversible d'eau et de cations dans l'espace intermédiaire.

Les couches TOT sont chargées négativement en raison de la substitution isomorphe des atomes Si(IV) par des atomes Al(III) dans les deux couches tétraédriques externes de silice et en raison du remplacement des atomes Al(III) ou Fe(III) par des cations Mg ²⁺ ou Fe ²⁺ dans la couche octaédrique interne de gibbsite. Lorsque les charges +4 portées par Si(IV), et normalement compensées par les charges −4 des atomes d'oxygène environnants, deviennent +3 en raison de la substitution de Si(IV) par Al(III), un déséquilibre électrique se produit : +3 −4 = −1. L'excès de charges négatives dans la couche TOT doit être compensé par la présence de cations positifs dans l'intercouche. Le même raisonnement s'applique également à la couche centrale de gibbsite de l'unité élémentaire TOT lorsqu'un ion Al ³⁺ est remplacé par un ion Mg ²⁺ dans un octaèdre de gibbsite. Le déséquilibre électrique est : +2 −3 = −1.

Les principaux cations présents dans les intercalaires de smectite sont Na ⁺ et Ca ²⁺ . Les cations sodium sont responsables du gonflement le plus élevé de la smectite tandis que les ions calcium ont des propriétés de gonflement plus faibles. La smectite calcique a une capacité de gonflement nettement inférieure à celle de la smectite sodique, mais elle est également moins sujette au rétrécissement lorsqu'elle est desséchée.

Le degré d'hydratation des cations et leurs rayons d'hydratation correspondants expliquent le comportement de gonflement ou de retrait des phyllosilicates. D'autres cations tels que les ions Mg ²⁺ et K ⁺ présentent un effet encore plus contrasté : les ions magnésium fortement hydratés sont des « gonflants » comme dans la vermiculite (intercalaire totalement expansé) tandis que les ions potassium faiblement hydratés sont des « effondrants » comme dans l'illite (intercalaire totalement effondré).

Comme l'espace interfoliaire des smectites est plus ouvert et donc plus facilement accessible à l'eau et aux cations, les smectites présentent la plus grande capacité d'échange de cations (CEC) des minéraux argileux communément trouvés dans les sols. Seules la vermiculite plus expansible et certains minéraux aluminosilicates plus rares ( zéolites ) à structure de canal interne peuvent présenter une CEC plus élevée que la smectite.

Les smectites se forment à partir de l' altération du basalte , du gabbro et du verre volcanique riche en silice (par exemple, la pierre ponce , l'obsidienne , la rhyolite , la dacite ). De nombreuses smectites se forment dans un système hydrothermal volcanique (comme un système de geyser ) où l'eau chaude s'infiltrant à travers la matrice poreuse ou les fissures du dépôt de cendres volcaniques ( pierre ponce , pouzzolane ) dissout la majeure partie de la silice amorphe (jusqu'à 50 % en poids de SiO ₂ peuvent être dissous), laissant la smectite en place. Ce mécanisme est responsable de la formation du gisement de bentonite (Serrata de Nijar ) de Cabo de Gata dans la région sud-est d' Almeria en Andalousie ( Espagne ). La bentonite MX-80 du Wyoming s'est formée de manière similaire au cours de la période du Crétacé lorsque des cendres volcaniques tombaient dans une mer intérieure sur le continent américain. Les cendres volcaniques, très poreuses (avec une surface spécifique importante et facilement accessible ) et très réactives, réagissent rapidement avec l'eau de mer . En raison de l'hydrolyse de la silice , la majeure partie de la silice est dissoute dans l'eau de mer et extraite des cendres, donnant lieu à la formation de smectites. Les smectites trouvées dans de nombreux gisements d'argile marine se forment souvent de cette manière, comme c'est le cas pour les argiles yprésiennes trouvées en Belgique et très riches en smectites.

Les smectites sont couramment utilisées dans des applications industrielles très diverses. Dans les travaux de génie civil, elles sont couramment utilisées comme boues de bentonite épaisses lors du creusement de tranchées profondes et étroites dans le sol pour soutenir les parois latérales et éviter leur effondrement. Elles sont également utilisées comme boues pour les fluides de forage . Les smectites, plus communément appelées bentonites, sont candidates comme matériaux tampons et de remblai pour combler l'espace autour des déchets hautement radioactifs dans les dépôts géologiques profonds. Les smectites servent également d'additif dans les peintures ou d'épaississant pour diverses préparations.