Experimental study of water adsorption and swelling of clays by Environmental Scannig Electron Microscopy (ESEM) and digital image analysis
Etude expérimentale de la sorption d'eau et du gonflement des argiles par microscopie électronique à balayage environnementale (ESEM) et analyse digitale d'images
Résumé
This study was foccused on the water adsorption and swelling of clays (bentonite MX80 and deep clays of Paris bassin). It was proposed a novel method to estimate the swelling clays by coupling the environmental scanning electron miscroscopy with digital images analysis. In the other hand, several techniques were used in order to caracterize the textural properties of compacted and exchanged bentonite
Ce travail est consacré à l'étude de la sorption d'eau et du gonflement des argiles (bentonite MX80 et argilites du Bassin de Paris). On propose une nouvelle approche par microscopie électronique à balayage environnementale (ESEM) couplée à l'analyse digitale d'image pour estimer le gonflement en fonction du temps et de l'humidité relative. L'ESEM est un outil de nouvelle génération encore peu utilisé dans le domaine des argiles, qui permet d'étudier des matériaux hydratés dans différentes conditions d'humidités relatives. Dans ce travail on montre qu'il est possible d'obtenir des informations qualitatives et quantitatives sur le gonflement des argiles à l'échelle de l'agrégat. L'étude de la cinétique permet ainsi d'identifier trois étapes de gonflement, dont l'étape de gonflement proprement dite, décrite par un modèle cinétique de premier ordre.
L'étude de la sorption d'eau de la bentonite brute et échangée avec différents cations (Na+, Li+, K+, Ca++, Mg++) a permis d'aborder l'influence des cations sur le potentiel de gonflement. La cinétique d'adsorption, décrite par un modèle de deuxième ordre dépend directement de l'humidité relative, de la masse de l'échantillon et du cation compensateur.
L'étude de la texture en conditions sèches et humides de la bentonite MX80 compactée a permis d'observer l'évolution morphologique du réseau poreux (macroporosité) au cours de l'hydratation/ déshydratation. A partir de différentes approches analytiques on constate une diminution de la taille des macropores et/ou mésopores, et l'ouverture de pores inter- agrégats lorsque la densité apparente augmente.
L'étude de l'influence de la condensation/ évaporation instantanée d'eau sur les argilites montre que la sensibilité à l'eau augmente lorsque la proportion argileuse augmente; elle est marquée entre autres par une fissuration qui peut être partiellement réversible ou irréversible après quelques cycles de condensation/ évaporation.
L'étude de la sorption d'eau de la bentonite brute et échangée avec différents cations (Na+, Li+, K+, Ca++, Mg++) a permis d'aborder l'influence des cations sur le potentiel de gonflement. La cinétique d'adsorption, décrite par un modèle de deuxième ordre dépend directement de l'humidité relative, de la masse de l'échantillon et du cation compensateur.
L'étude de la texture en conditions sèches et humides de la bentonite MX80 compactée a permis d'observer l'évolution morphologique du réseau poreux (macroporosité) au cours de l'hydratation/ déshydratation. A partir de différentes approches analytiques on constate une diminution de la taille des macropores et/ou mésopores, et l'ouverture de pores inter- agrégats lorsque la densité apparente augmente.
L'étude de l'influence de la condensation/ évaporation instantanée d'eau sur les argilites montre que la sensibilité à l'eau augmente lorsque la proportion argileuse augmente; elle est marquée entre autres par une fissuration qui peut être partiellement réversible ou irréversible après quelques cycles de condensation/ évaporation.
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