Experimental investigation of smectite hydration from the simulation of 00ℓ X-ray diffraction lines.Implications for the characterization of mineralogical modifications of the "argilite" from the Meuse - Haute Marne site as a result of a thermal per
Etude expérimentale de l'hydratation des smectites par simulation des raies 00ℓ de diffraction des rayons X. Implications pour l'étude d'une perturbation thermique sur la minéralogie de l'argilite du site Meuse-Haute Marne
Résumé
The structural modifications affecting the reactive mineral constituents of the clay barriers (smectite) and possibly resulting from the thermal pulse related to nuclear waste storage are essentially limited to the amount and location of the layer charge deficit. These modifications likely impact the hydration properties of these minerals, and a specific methodology has thus been developed to describe, using simulation of X-ray diffraction profiles (00ℓ reflections), these hydration properties and specifically the heterogeneity resulting from the interstratification of different layer types, each exhibiting a specific hydration state. The detailed study of the hydration properties of a low-charge montmorillonite (octahedral charge) has shown that the affinity of the interlayer cation for water rules the hydration state and the thickness of hydrated smectite layers. If the layer charge is increased, the transition between the different hydration states is shifted, following a water desorption isotherm, towards lower relative humidities. In addition, the hydration of studied beidellites (tetrahedral charge) was shown to be more heterogeneous than that of montmorillonites. The developed methodology also allowed describing the structural modifications resulting from a chemical perturbation (chlorinated anionic background, pH). Finally, the link between the thickness of elementary layers and the amount of interlayer water molecules has been evidenced. A new structure model has also been determined for these interlayer species allowing an improved description of their positional distribution in bihydrated interlayers.
Suite à la perturbation thermique induite par le stockage de déchets radioactifs, les modifications structurales risquant d'affecter les constituants minéraux réactifs (smectite) de la barrière argileuse concernent principalement la quantité et la localisation de la charge foliaire et modifient potentiellement les propriétés d'hydratation de ces minéraux. Une méthodologie a donc été développée afin de décrire, par simulation des diffractogrammes de rayons X (raies 00ℓ), ces propriétés d'hydratation et en particulier l'hétérogénéité résultant de l'interstratification de feuillets présentant différents états d'hydratation. L'étude des propriétés d'hydratation d'une montmorillonite (charge octaédrique) bassecharge a montré que l'affinité du cation interfoliaire pour l'eau gouverne l'état d'hydratation et l'épaisseur des feuillets hydratés. L'augmentation de la quantité de charge induit, en désorption d'eau, un décalage vers les plus basses humidités relatives des transitions entre les différents états d'hydratation. D'autre part, les beidellites étudiées (charge tétraédrique) présentent des états d'hydratation plus hétérogènes que les montmorillonites. L'approche développée a également permis de décrire les modifications structurales induites par une perturbation chimique (influence du fond chloré, pH). Enfin, nous avons pu mettre en évidence le lien structural entre l'épaisseur des feuillets élémentaires et la quantité d'eau interfoliaire, pour laquelle un nouveau modèle structural, permettant de mieux décrire leur distribution de position, a été établi pour les feuillets bi-hydratés.