Les Argiles !!

Ce qu’il faut savoir pour les Ingénieurs BTP
Dans le cours nous n'avons pas parlé assez des argiles. Pourtant ce sont des minéraux très importants à connaître pour les ingénieurs en BTP. C'est pourquoi je donne un résumé ci-dessous avec des liens pour ceux qui voudront aller plus loin.
Les argiles, au pluriel, car il existe plusieurs minéraux argileux, appartiennent à la famille des Silicates (95% des roches de l’écorce terrestre) à la sous-famille des Phyllosilicates (c'est à dire en feuillets).

Mais contrairement aux roches silicatées, qui se sont formées à partir de la cristallisation du magma (Digramme de Bowen), les argiles sont des silicates résultant d’un processus d’érosion complexe de silicates d’origine (Hydrolyse des Feldspaths).

Donc les argiles sont des roches sédimentaires, majoritaires (autour de 60% des roches sédimentaires), très importantes à connaître pour les ingénieurs en TP.

Les argiles peuvent présenter des couleurs diverses. Cela dépends des impuretés qu’elles contiennent (matière organique, oxydes de Fe…). Par exemple, la présence en abondance de matière organique donne aux argiles des couleurs plutôt noir, gris, vert. Mais l’absence de matière organique faovrise les oxydes fer qui ont naturellement une couleur rougeâtre.

Les argiles sont exclusivement formées de particules fines (<2µm). Cependant, la taille des particules n’est pas suffisante pour dire que c’est une argile, il faut aussi que ce soit minéralogiquement un Phyllosilicates. L’image suivante montre un agrandissement au Microscope électronique de la structure particulière de la Kaolinite qui est un minéral argileux.

Figure 1 Photo d'après site http://www.u-picardie.fr/~beaucham/mst/argiles.htm

L’identification des argiles se fait souvent en laboratoire à l’aide de la diffraction de rayons X. C’est une technique qui demande un équipement très cher. Les autres méthodes simples sont les limites d’Agterberg ou l’équivalent de sable. Mais beaucoup de scientifiques ont critiqué ces dernières méthodes pour les faiblesses qu’elles présentent (possibilité de confusion entre argiles autres particules fines de calcaire ou de silice par exemple). Il reste la méthode du bleu de méthylène, qui demande des moyens très simples et qui est d’une grande éficacité. Car les feuillets d’argiles adsorbent le bleu de méthylène mais les autres particules fines ne l’adsorbent pas.
Les principales propriétés des argiles sont :

·         Absorption d’eau grâce à leur texture en feuillets qui leur permet d’emprisonner les molécules d’H2O, d’où le gonflement et l’imperméabilité. Ce gonflement et cette présence d’eau entre les feuillets favorise les glissements des particules entre elles et des formations géologiques à l’échelle macroscopique. L’eau joue le rôle de lubrifiant qui aide le glissement.

·         Déformation facile, souple et plastique souple quand elles sont soumises à des contraintes

·         Sous contraintes statiques les argiles peuvent provoquer des tassements importants après gonflement en chassant les quantités d’eau emprisonnées.

·         Du fait de la très petite taille de leur particules et leur texture en feuillets, les argiles présentent une très grande surface spécifique.(ex : Kaolinite 10-30(m²/g), Smectites 700-800 (m²/g))

Au contact de l’eau l’argile devient plastique. Au fur et à mesure que l’eau augmente elle devient visqueuse puis finalement les particules d'argile se mettent en suspension dans l'eau en solution dite colloïdale. Dans le cas inverse, l’évaporation de l’eau pousse l'argile à se dessécher et se rétracter et se briser avec des fentes de retrait.  Les deux cas, gonflement et retrait sont dangereux pour les ouvrages de BTP. L'argile qui se dessèche développe une tension de succion importante pour l'eau dans son environnement (plantes, nappe, …)
Les utilisations des argiles sont diverses : fabrication de ciments, céramiques, briques, cosmétique, colorants…
Pour finir voici un bon site pour s’informer des aléas et problèmes posés par les argiles dans la réalité (retrait-gonflement des argiles…)
http://www.argiles.fr/definitions.asp  (pour les techniques de construction en terrain argileux et les dégâts possibles)
http://www.u-picardie.fr/~beaucham/mst/argiles.htm  (pour plus de généralités sur les argiles)
Bonne lecture !!
Dr A. Benamghar