Argile
L'argile est une roche d'origine détritique composée de grains dont la taille ne dépasse pas 2 microns. L'argile est friable. On peut rayer une pierre argileuse avec l'ongle et l'émietter. Elle absorbe l'eau en gonflant et forme alors une pâte malléable. Une fois gorgée d'eau l'argile devient imperméable.
Il existe plusieurs formes d'argile : kaolinite, smectite, chlorite… Toutes sont constituées de phyllosilicates, qui peuvent être mélangés à des carbonates (marnes, calcaires argileux). La structure des grains de phyllosilicate alterne des feuillets parallèles et des espaces interfoliaires au sein desquels l'eau ainsi que des cations minéraux peuvent s'infiltrer. Chaque feuillet comporte une ou deux couches siliceuses et une couche d'hydroxyde d'aluminium (avec des variantes selon le type d'inclusion, voir plus bas).
Les couches siliceuses sont dites tétraédriques (T). Le “module” de base de cette couche est un groupe tétraédrique composé d'un atome de silicium central et de quatre atomes d'oxygène occupant les sommets d'un tétraèdre (SiO4). Ces tétraèdres forment à leur tour un motif hexagonal, chaque groupe SiO4 partageant un atome d'oxygène avec deux autres groupes.
La couche aluminée est octaédrique (O) : un atome d'aluminium central et six sommets qui peuvent être occupés par des atomes d'oxygène (partagés avec la couche tétraédrique) ou des ions hydroxyles OH- (Al(OH)6-nOn). Les feuillets octaédriques sont compris entre deux plans formés par deux faces opposées de l'octaèdre. En fonction du type d'argile, l'un de ces deux plans ou les deux peuvent être communs avec le plan de base d'une couche tétraédrique. Dans ce cas, de manière régulière, certains sommets des octaèdres coïncident avec des sommets des tétraèdres. Ils sont alors occupés par le même atome d'oxygène. Les autres sommets le sont par des ions hydroxyles.
La kaolinite est composée de feuillets TO (une couche tétraédrique sur une couche octaédrique) séparés par un espace interfoliaire. La distance entre deux feuillets (distance inter-réticulaire) est de 7 Angström. La smectite est constituée de feuillets TOT (tétraèdres-octaèdres-tétraèdres). Des atomes de fer ou de magnésium peuvent se substituer aux atomes d'aluminium. Elle n'est jamais complètement déshydratée. Des molécules H2O occupent les espaces interfoliaires. Par ailleurs, les feuillets sont chargés électriquement (ions hydroxyles). Des cations sodium ou calcium solvatés équilibrent la charge au sein de ces espaces. La distance inter-réticulaire minimum est de 14 Angström.
L’illite est également dans une configuration TOT mais cette fois des atomes d'aluminium peuvent se substituer à des atomes de silicium. C'est un aluminosilicate. Distance inter réticulaire : 10 Angström. Cette fois la neutralité électrique est assurée principalement par des ions potassium.
La chlorite a elle aussi une configuration TOT mais l'espace interfoliaire est occupé par des cations de magnésium et des ions hydroxyles. Distance inter-réticulaire : 14 Angström.
La kaolinite (Al2Si2O5(OH)4) est une pierre blanche. En poudre, elle porte le nom de kaolin. C'est le composant principal de la porcelaine, obtenue par cuisson à 1200 degrés. La famille des smectites comporte plusieurs sous-familles, dont celle appelée montmorillonite (ou plus communément terre de Sommières). Les smectites ont de nombreuses applications, y compris pharmaceutiques. Leur capacité d'absorber des cations ou des matériaux radioactifs est très utilisée dans les opérations de dépollution. La terre de Sommières est quant à elle utilisée comme détachant pour sa capacité à absorber la graisse. Les smectites pourraient avoir joué un rôle dans l’apparition du vivant : en retenant l’eau chargée de molécules organiques elle aurait permis à celles-ci de réagir entre elles pour former des molécules plus complexes.
Tout comme la kaolinite, la smectite hydratée est malléable. Elle peut alors être mise en forme et devient solide après séchage. Un passage au four permet alors d'obtenir une céramique ou une faïence.
Les illites sont des argiles qui gonflent peu, voire pas du tout. Ils sont très proches des micas. Les chlorites, formés de petits cristaux au reflets bleu et vert, sont également proches des micas.
Les argiles, nous l'avons dit plus haut, sont des matériaux détritiques. Elles peuvent être issues de l'altération de roches primaires (granite, mica, feldspath, gneiss, schiste) par hydrolyse, acidolyse ou alcalinolyse en fonction du pH de la solution attaquante. La roche altérée est ensuite lessivée. On parle de monosiallisation ou de bisiallisation selon que le lessivage des cations de la solution d'attaque est complet ou pas.
Un autre mode d'altération, d'origine physique (gel, contraintes mécaniques, érosion) peut conduire à des argiles qui restent proches de la roche primaire, comme les illites par exemple.
Nota : l'hydrolyse est un processus par lequel un cation d’un minéral est remplacé par l’ion H+ d’une solution acide. L'hydrolyse de l'olivine, par exemple, donne de l'acide silicique :
