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Une description unifiée de l’orientation préférentielle des argiles


Les argiles sont des minéraux lamellaires omniprésents à la surface de la terre. Des chercheurs de l’IC2MP, du LPS et de l’ICMN ont montré que l’orientation préférentielle des argiles dans des environnements naturels extrêmement variés pouvait être décrite à l’aide d’une unique fonction d’orientation.

La petite taille et la forme lamellaire des argiles impactent fortement la perméabilité de milieux argilleux tels que sols, sous-sols et matériaux ouvragés, les argiles jouant un rôle prépondérant sur le transfert des éléments (eau, nutriments, contaminants). Leur orientation préférentielle induit une anisotropie des propriétés de transfert du matériau. La prise en compte de cette anisotropie est délicate, faute d’une représentation simple de la distribution d’orientation de ces particules argileuses. Des chercheurs de l’Institut de chimie des milieux et matériaux de Poitiers (IC2MP, CNRS/Université de Poitiers), du laboratoire de physique des solides (LPS, CNRS/Université Paris Saclay) et du laboratoire interfaces, confinement, matériaux et nanostructures (ICMN, CNRS/Université d’Orléans) ont réalisé une étude systématique de l’orientation préférentielle des argiles sur une centaine de matériaux argileux incluant les principaux types d’argiles rencontrés dans les milieux naturels. L’analyse de l’anisotropie des images de diffusion des rayons X correspondantes (figure), en utilisant la méthode d’entropie maximale, a permis de déterminer une fonction de distribution orientationnelle unique. Cette fonction de référence pourrait permettre d’analyser de manière générique le transfert des éléments au sein des milieux argileux. Enfin, les paramètres (forme, interactions) qui permettraient d’expliquer cette unicité de la fonction d’orientation des argiles feront l’objet d’investigations futures et pourraient intéresser différentes communautés dans le domaine des matériaux.

Figure : l’orientation préférentielle des argiles vue par diffusion des rayons X. Représentation schématique d’un matériau argileux et diagramme de diffusion associé. L’intensité sur les anneaux correspondant aux réflexions de Bragg hkl est anisotrope et l’analyse de cette anisotropie permet de déterminer la distribution d’orientations des particules d’argiles dans le matériau. Les expériences ont été réalisées sur le dispositif WAXS-Cu (plateforme MORPHEUS, équipe MATRIX).

Référence

A general orientation distribution function for clay-rich media
Thomas Dabat, Fabien Hubert, Erwan Paineau, Pascale Launois, Claude Laforest, Brian Grégoire, Baptiste Dazas, Emmanuel Tertre, Alfred Delville et Eric Ferrage.
Nature Communications 10, 5456 (2019).
doi:10.1038/s41467-019-13401-0

Contact

Erwan Paineau and Pascale Launois