2.2. L'adsorption du bleu de méthylène
2.2.1. La
molécule de bleu de méthylène
Le colorant de bleu de méthylène a
été employé pour déterminer la surface
spécifique des minéraux argileux pendant plusieurs
décennies. La formule chimique est C16H18ClN3S, avec un poids
moléculaire correspondant à 373,91 g/mol. La figure 8.a, montre
qu'à l'état aqueux, le bleu de méthylène est un
colorant cationique, C16H18ClN3S+, lequel est adsorbé par les
surfaces des argiles qui sont chargées négativement. (Hang et
Brindley, 1970; Chen et al. 1999).
La molécule de bleu de méthylène peut
être considérée comme un volume prismatique de dimensions
17,0 Å x 7,6 Å x 3,25 Å (Santamarina et al., 2002; Yukselen
et Kaya, 2006). La surface projetée de la molécule,
c'est-à-dire lorsque la molécule de bleu de
méthylène se trouve à plat sur sa plus grande face (figure
8.b) a donné 135 Å2 (Kipling et Wilson, 1960; Hul,
1966), 132 Å2 (Johnson, 1957), et 130 Å2
(Kalousek et Blahnik, 1955; Los et Tompkinsg, 1956; Hang et Brindley,
1970; Chen et al., 1999 ; Santamarina et al., 2002).En général,
on admet que la surface couverte par une molécule de bleu de
méthylène (ABM) est 130 Å2.
Figure 8 : Molécule de bleu de
méthylène; a) Structure chimique b) Volume
rectangulaire.
D'autre part, des études ont montré que
l'aire couverte peut varier de façon suivante:
premièrement, si la molécule est inclinée de 65-70
degrés par rapport à la surface d'étude,
l'aire couverte est 6A (Hahner et al., 1996); deuxièmement, si
l'axe longitudinal est orienté perpendiculaire à la surface,
l'aire couverte est égale à 24,7 Å2 (Borkovec et
al., 1993). Ainsi, on peut observer que l'incertitude dans l'estimation de
l'aire couverte peut affecter la valeur de la surface spécifique de plus
de 100%( Santamarina et al., 2002).
2.2.2. Principe
d'essai
Il consiste à déterminer la capacité
d'adsorption ionique d'un sol en mesurant la quantité de colorant de
bleu de méthylène nécessaire pour recouvrir la surface
totale, externe et interne, de toutes les particules argileuses
présentes dans la solution à étudier par une monocouche de
bleu de méthylène (figure 3.10.b). On appelle cette
quantité, la valeur au bleu, notée VB et exprimée en
grammes de bleu par grammes de sol, tel que montre l'équation 4 :
Équation 4
Où : VBM est la quantité de bleu de
méthylène adsorbé (ml) et Msol, masse sol sec de la prise
d'essai (g)
Le principe de cet essai repose sur la base d'échanges
ioniques ayant lieu entre les cations d'argile facilement échangeables
et les cations de bleu de méthylène libérés
lors de sa dissolution dans l'eau. Les particules argileuses ayant
une grande surface spécifique ainsi qu'une capacité
d'échange ionique importante, la présence de minéraux
argileux pourra être mise en évidence par l'emploi de bleu de
méthylène.
Sur la base de ce principe, plusieurs méthodes d'essais
ont été développées. En général, la
méthode conventionnelle, aussi appelée « test de la tache
» ou « méthode du papier-filtre » est la méthode
la plus ancienne et la plus utilisée. Le test de la tache a
été employé pour déterminer la surface
spécifique depuis 1957 (Johnson, 1957; Worrall, 1958). L'essai a aussi
été utilisé par Jones (1964), Phelps et Harris (1967);
Nevins et Weintritt (1967) lors de l'étude de forages pétroliers
et plus tard Chen (1974) a repris cet essai pour l'étude des pâtes
céramiques. Cependant, l'utilité de la méthode a souvent
été remise en question (Hul, 1966; Faruqi et al., 1967;
Bodenheimer et Heller, 1968) et des confusions ont surgi concernant la
précision des résultats. La précision peut être
améliorée au moyen de techniques analytiques précises pour
déterminer la quantité de bleu de méthylène
adsorbée. Dans ce cas-ci, un spectrophotomètre est employé
(Hang et Brindley, 1970; Lan, 1980), et la valeur de la surface
spécifique est dérivée à partir du point de
remplacement complet des cations déterminé sur une courbe de
titration, ce point devant correspondre au point final dans l'essai de la tache
(Hang et Brindley, 1970).
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