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He Hongping

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  • The crystal chemistry, crystal growth and related controlling factors during smectite evolution    - Zhang Chaoqun  -  20 mai 2021

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    Les smectites sont des minéraux argileux relativement abondants à la surface de la Terre qui présentent des propriétés spécifiques de sorption et de gonflement notamment, du fait de leur charge et de leur espace interfoliaire hydraté. Cette particularité rend leur croissance cristalline spécifique et mal connue. Pour ce travail de thèse, nous avons utilisé la synthèse de la saponite (une smectite trioctaédrique) pour étudier la croissance cristalline, l’évolution de cristallinité et de cristallochimie de ces minéraux en fonction des conditions de synthèse en couplant FTIR, microscopie électronique HR, adsorption d'argon basse pression, et estimations thermodynamiques. Les résultats principaux sont les suivants: 1. Des saponites avec différents rapports Mg/Zn (0-6) et un rapport Si/Al fixe de 5.43 ont été synthétisées. Les résultats montrent que plus le rapport Mg/Zn diminue, plus la cristallinité de la saponite est élevée. Al est préférentiellement présent dans la couche tétraédrique dans toutes les saponites synthétisées. Une diminution du rapport Mg/Zn en couche octaédrique favorise l'étendue de la substitution tétraédrique Al/Si et entraîne une augmentation du rapport Al(IV)/Al(VI) dans la saponite synthétisée, et peut être un facteur clé pour contrôler la cristallinité des saponites de synthèse. 2. Des saponites Mg-Ni ont été synthétisées par traitement hydrothermal à 220°C d’un mélange mécanique de précurseurs (saponite Mg et saponite Ni) sous pression autogène de 0 à 30 jours. La spectroscopie FTIR met en évidence dans les échantillons synthétisés de la saponite mixte Mg-Ni recristallisée suite à la dissolution des précurseurs. L'adsorption d'argon et les résultats de STEM sont cohérents et indiquent que la taille moyenne des particules des saponites augmente avec la durée de synthèse puis atteint un plateau de 14 jours à 30 jours. La croissance cristalline se fait par extension latérale des feuillets. 3. Des saponites précurseurs Mg et Ni ont été préparées par synthèse hydrothermale à différentes températures (RT, 50, 150, 180, 200 et 220°C) pendant 1 jour. Ensuite, pour la série I, des mélanges mécaniques de saponites précurseurs Mg et Ni préparées à la même température ont été traités hydrothermalement à 220°C pendant 2 semaines. Pour la série II, les saponites ont été synthétisées hydrothermalement à différentes températures (220, 300, 400 et 500°C) pendant 1 semaine à partir du mélange de précurseurs préparés à 220°C. Les résultats montrent que plus la différence entre la température de synthèse des précurseurs et celle des échantillons est grand, plus la dissolution des précurseurs saponitiques est élevée et plus la distribution des cations octaédriques Ni et Mg devient aléatoire dans la saponite synthétisée. Les observations en microscopie électronique fournissent une preuve visuelle que la taille des particules de saponite augmente lorsque le delta de température n’est pas nul. 4. Quatre séries de saponite Ni-Mg ont été synthétisées par traitement hydrothermal à 150°C (150-150) et 220°C (220-220, pMg220+pNi25, pNi220+pMg25) de mélanges mécaniques de précurseurs préparés à 150, 220, et 25°C, pendant des durées variables (jusqu’à 3 mois). Les résultats montrent que la dissolution des précurseurs est le facteur limitant. En effet, la saponite mixte Mg-Ni n'apparaît que dans les 2 séries 150-150 et pMg220+pNi25 alors que la solution solide est plus stable que le mélange mécanique saponite Ni + saponite Mg à toutes les températures. Pour les séries 220-220 et pNi220+pMg25, la cinétique de dissolution des précurseurs préparés à 220°C est trop lente pour permettre l’obtention de saponite mixte pour les durées de synthèse étudiées.

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