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1 REPUBLIQUE DE C6TE D'IVOIRE-UNION -DISCIPLINE-TRA V AIL FR Sciences Fondament

1 REPUBLIQUE DE C6TE D'IVOIRE-UNION -DISCIPLINE-TRA V AIL FR Sciences Fondamentales et --- - - Appliquées T 'TPCM 7Laboratoirede L Thumod~11unique et de Playsko-Chimle du ~Hlieu MEMOIRE Présenté pour l'obtention du DIPLOME DE MASTER MENTION : CHIMIE Spécialité : PHYSICO-CHIMIE DES MATERIAUX ET DES PROCEDES Par ANZAN KOFFI ABINAN ARSENE CARACTERISATION PHYSICO-CHIMIQUE DE QUELQUES MATERIAUX ARGILEUX DE COTE D'IVOIRE Soutenu publiquement le 29 novembre 2017 Devant le jury composé de: - Président: M. ZIAO Nahossé, Professeur Titulaire, Université Nangui Abrogoua - Examinateur: M. KONAN Koffi Léon, Maitre de conférences, Université FHB - Directeur: M. SEI Joseph, Professeur, Université FHB 1 Caractérisation physico-chimique de quelques matériaux argileux de côte d'ivoire TABLE DES MATIERES Dédicace 1u Remerciements .iv Résume v Liste des abréviations vi Liste des figures vii Liste des tableaux viii INTRODUCTION 1 CHAPITREJ : GENERALITES SUR LES ARGILES 2 l-Classification et structure des minéraux argileux 3 1-1- Structure cristalline des argiles 3 T-2-Classifiction des argiles 5 1-2-1 -Minéraux de type 1 : 1 ou minéraux T-0 5 I-2-2 -Minéraux de type 2: 1 ou minéraux T-0-T 7 T-2-3-Structure cristalline des chlorites 8 T-2-4- Minéraux inter stratifiés 8 T-3-Propriétés des argiles 9 1-3-1-La plasticité 9 1-3-2-La surface spécifique 10 1-3-3-Capacité d'échange cationique (CEC) 1.0 [-3-4-Propriétés Colloïdales 11 I-3-5-Propriétés de gonflement.. 11 1-3-5-1-Gon.flement inter foliaire 11 f-3-5-2-Gonflement inter particulaire 1.2 I-3-6-Absorption et adsorption 12 1-3-7-Rétention des métaux par les argiles 12 T-3-8-Théorie des échanges d'ions 13 1-3-9-Echanges d'eau 13 1-4-Composition chimique 14 T-5-Application des argiles .14 I-6- Sites d'exploitation de l'argile en Côte d'ivoires 16 Mémoire de Master PCMP / 2016-2017 i 1 Caractérisation physico-chimique de quelques matériaux argileux de côte d'ivoire CHAPITRE 2: MATERIAUX ET METHODES 18 I-MATERIAUX 18 1-1-Environnement géologique des matériaux 18 1-2-Traitement des matériaux 18 Il-METHODES UTILISEES .' 19 Il- !-Diffraction des rayons X 19 TI-2-Analyse Chimique 20 Tl-3-Analyse thermique différentielle (ATD) 20 11-3-1-Principe de l'ATD 20 II-3-2-Materiel et Mode opératoire d'ATD 21 II-4- Spectrométrie infrarouge 21 11-4-1-Principe 21 II-4-2-Matériel de spectroscopie IR 21 Il-5-La granulométrie 22 Il-5-1-Mesures granulométriques par diff usion de la lumière 22 ll-ô-Mesure de surface spécifique 22 CHAPITRE 3: RESULTATS ET DISCUSSION 24 Ill-I -Diffraction des rayons X (DRX) 25 IJJ-2-Analyse chimique 26 ILl-3-Analyse thermique différentielle (ATD) 27 III-4-Spectroscopie IR 29 llI-4-1-Domaine 600-1800 cm- 1 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 30 III-4-2-Domaine de vibration 3000 -4000 cm" 31 UI-5-Mesures granulométriques 32 III-6-Mesures de surface spécifique 32 CONCLUSION 34 REFERENCES BIBLIOGRAPIDQUES 35 Mémoire de Master PCMP / 2016-2017 ii 1 Caractérisation physico-chimique de quelques matériaux argileux de côte d'ivoire DEDICACE Je dédte ce VvtOli\este trlilVliltl À Vvtlil f lil VvtLlle ; À VvtOVv -père, À Vvtlil Vvtère, St ~ Vvtes frères et sœurs 'POUY tlilVvt d'ClVvtOUY Flil Vvttltlil l LVvcoVvdLttoVvVvel, À tous Vvtes lilVvtLs li\U llilborliltoLre r-e LTPCM ALVvst q u'~ toutes -persoVvVves PlilsstoVvVvées -plilr lC-1 scteVvce et llil recherche. Mémoire de Master PCMP / 2016-2017 iii 1 Caractérisation physico-chimique de quelques matériaux argileux de côte d'ivoire REMERCIEMENTS Je remercie tout d'abord DIEU tout puissant pour tous ses bienfaits dans ma vie. Ensuite, nous reconnaissons que nous avons pu réaliser ce travail scientifique grâce au soutien de plusieurs personnes envers qui nous témoignons notre reconnaissance et notre profonde gratitude : Ainsi je tiens tout d'abord à remercier mon directeur de mémoire Monsieur SEI Joseph, Professeur titulaire à 1 'UFR Sciences des Structures de la Matière et de Technologie (SSMT) de l'Université Felix Houphouët Boigny d'Abidjan pour m'avoir proposé ce sujet et surtout pour m'avoir donné des orientations. La qualité de son encadrement, son fervent soutien et sa disponibilité ont permis l'aboutissement de ce travail. Un grand merci à Monsieur ZIAO Nahossé, Professeur titulaire de Chimie théorique au Laboratoire de thermodynamique et de pbysico-chimie du milieu (LTPCM) à l'Université Nangui Abrogoua pour m'avoir accueilli dans le laboratoire dont il est le Directeur. Je remercie également Monsieur KRE N'guessan Raymond, Doyen de ]'Unité de Formation de Recherche (UFR) des Sciences Fondamentales et Appliquées (SFA) pour tout le grand travail qu'il fait à la tête de l'UFR SFA. Je Remercie particulièrement Monsieur KONAN Koffi Léon, Maître de conférences, à ] 'Université FHB d'avoir accepté d'être membre de jury. Mes remerciements vont aussi à l'endroit de tous les Professeurs de Sciences Fondamentales Appliquées(SFA) de l'Université Nangui Abrogoua pour m'avoir enseigné avec talent depuis ma première année universitaire. Je remercie tous mes amis étudiants de Master 2 du laboratoire LTPCM pour la bonne ambiance qu'ils ont su mettre au sein du laboratoire pour favoriser nos travaux de recherches. Une mention toute particulière à mon ami Dobi Brice. étudiant en deuxième année de thèse au sein du laboratoire LTPCM pour ses soutiens et ses multiples coups de main pendant mes travaux de recherches. Je remercie enfin profondément toutes personnes qui de loin ou de près m'ont apporté leur aide pour l'élaboration de ce projet. Mémoire de Master PCMP / 2016-2017 iv 1 Caractérisation physico-chimique de quelques matériaux argileux de côte d'ivoire RESUME Quatre matériaux argileux issus de quatre gisements (Adattié, Grand Bassam, Nieki, Nigui saff) situés tous dans le bassin sédimentaire de Côte d'Ivoire sont étudiés au moyen de plusieurs techniques complémentaires. La composition minéralogique, chimique et quelques propriétés physico-chimiques des matériaux argileux sont données. Dans ces matériaux naturels, la kaolinite est le minéral dominant auquel sont associées des impuretés de quartz, d'illite, d'oxyde de fer. Ces matériaux argileux sont caractérisés par de fines particules et de grandes surfaces spécifiques. Jls sont particulièrement riches en oxyde de fer dont l'extraction contribue à une forte diminution de surface spécifique. Ces matériaux argileux pourraient être utilisés dans l'industrie céramique pour la fabrication des briques et tuiles et aussi en agronomie en tant que support de fertilisant ou dans la protection de l'environnement en immobilisant les déchets toxiques. Mots clés : Caractérisation, Kaolinite, DRX, A TD, oxyde de fer, defferification. Mémoire de Master PCMP / 2016-2017 V 1 Caractérisation physico-chimique de quelques matériaux argileux de côte d'ivoire LISTE DES ABREVIATIONS ET SIGLES ADA : Adattié Al - OH : Aluminol ATD : Analyse thermique différentielle CBD : Citrate Bicarbonate Dithionite CEC :Capacité d'échange cationique Cmkg :centi-moJes par Kg DRX : Diffraction des rayons X GB : Grand Bassam IR : infra rouge (meq /lOOg) : milliéquivalents pour 100g NIE: Niek.i NS: Nigui-Saff SAU : Saint Austell SODEMI: Société pour le développement minier de la côte d'Ivoire Mémoire de Master PCMP / 2016-2017 vi 1 Caractérisation physico-chimique de quelques matériaux argileux de côte d'ivoire LISTES DES FIGURES Figure 1: Représentation a) d'un tétraèdre et d'une couche tétraédrique et b) d'un octaèdre et d'une couche octaédrique .4 Figure 2 : Représentation schématique d'un feuillet de phyllosilicates 2 : 1 .4 Figure 3 : Représentation polybédrale d'un feuillet trioctaédrique(a) et dioctaédrique (b) ..... 5 Figure 4: Projection d'une couche octaédrique idéale d'un minéral de type 1 :1 6 Figure 5: Modèle structural d'un minéral de type 1 : 1 : cas de la kaolinite 6 Figure 6: Structure d'un minéral de type 2: l: cas de l'illite 7 Figure 7: Structure cristalline des chlorites 8 Figure 8: (a): Double couche couy-chapmann.(b) :transport des éléments colloïdes 11 Figure 9: Localisation des sites argileux dans le bassin sédimentaire 18 Figure 10 : Diffusion d'un faisceau d'onde monochromatique abordant sous un angle 0 une famille de plans atomiques 19 Figure 11 : Dif fractogramme X de l'argile brute provenant des différents sites 25 Figure 12: Diffractogrammes de l'échantillon GB avant et après déferrification 26 Figure 13: Courbes ATD des matériaux argileux 28 Figure 14: Courbe ATD du matériau GB avant et après traitement au GB-CBD 29 Figure 15: Spectres infrarouges dans le domaine 600-1800 cm- 1 •••••••.•••.•.•..••••••••••••••• 30 Figure l6 : Spectres infrarouges dans le domaine 3500-3800 crn- 1 ••••••••••••••••••••••••••••••• 31 Mémoire de Master PCMP / 2016-2017 vii 1 Caractérisation physico-chimique de quelques matériaux argileux de côte d'ivoire LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 :classification des principaux groupes des mineraux argileux et leurs espèces 9 Tableau Tl: Surface spécifique et CE C de quelques minéraux argileux 11 Tableau III: Composition(%) indicative de trois espèces minérales 14 Tableau lV: Principaux secteurs d'utilisation de minéraux argileux .15 Tableau V: Sites d'exploitation de matériaux argileux de Côte d'Ivoire 16 Tableau VI: Composition chimique des différents échantillons exprimée en pourcentage (%) massique d'oxydes constitutifs 26 Tableau VII: Mesures d' Analyse granulométrique 32 Tableau VIII: Surfaces spécifiques BET des matériaux argileux 33 Mémoire de Master PCMP / 2016-2017 viii 1 Caractérisation physico-chimique de quelques matériaux argileux de côte d'ivoire INTRODUCTION L'usage de l'argile à une origine très ancienne. Nos ancêtres l'utilisaient déjà à l'époque néolithique pour fabriquer des poteries rudimentaires [1]. Aujourd'hui. l'utilisation de l'argile comme constituant mineur ou matière première majoritaire pour la fabrication de produits finis est beaucoup rependue. En effet les domaines d'application du minéral argileux sont de plus en plus nombreux car il est employé dans plusieurs secteurs industriels dont les plus développés sont l'industrie céramique pour la fabrication des porcelaines, l'industrie agricole pour diluer les pesticides et surtout l'industrie pharmaceutique pour la fabrication des médicaments. Cependant si l'on note que l'industrie de transformation de l'argile brute est en plein essor dans les pays développés, les uploads/Science et Technologie/ analyse-physicochimique-des-argiles-de-ci-cours-m2.pdf