Deshydroxylation de la kaolinite par analyse thermique a vitesse de transformation controlee : etude de la metakaolinite

Dehydroxylation of kaolinite by controlled rate thermal analysis. Metakaolinite study

• Auteur / Autrice : Pascal Dion
• Direction : Faïza Bergaya
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1994
• Etablissement(s) : Orléans

Résumé

Le but de ce travail, est d'etudier le comportement thermique d'une argile, la kaolinite, utilisee dans la fabrication de la ceramique traditionnelle. La premiere transformation majeure de la kaolinite, la deshydroxylation, est capitale dans le processus de fabrication d'une porcelaine puisqu'elle conduit a une liberation importante de vapeur d'eau au sein d'un produit massif, et qu'elle donne naissance a un precurseur de mullite (phase cristalline majoritaire de la porcelaine), la metakaolinite. La demarche proposee, consistant a controler la cinetique de cette transformation grace a la technique d'analyse thermique a vitesse de transformation controlee (atvc), nous permet par deux approches, de preciser le mecanisme de deshydroxylation de la kaolinite kg etudiee et de redefinir ce qu'on appelle metakaolinite. La premiere approche est d'ordre cinetique: l'interpretation des courbes atvc permet d'identifier les mecanismes reactionnels. Il est montre que la deshydroxylation de la kaolinite est principalement regie par un double processus de diffusion tridimensionnelle puis de croissance de germes a distribution aleatoire (loi d'ordre 1). La seconde est une approche structurale. Des echantillons (obtenus par atvc) ayant suivi le meme chemin thermique jusqu'a un degre d'avancement de plus en plus eleve sont analyses par volumetrie d'adsorption d'azote a 77 k, par diffraction des rayons x, par microscopie electronique a transmission et par resonance magnetique nucleaire. Les mecanismes mis en evidence par l'etude cinetique sont expliques par une progression de la deshydroxylation a partir des defauts de la phase mere. Dans les zones ou les defauts d'empilement sont plus nombreux la transformation est volumique, et a l'inverse, dans les zones ordonnees le front de deshydroxylation progresse a partir des lisieres latterales de ces domaines. Les observations a differentes echelles de la metakaolinite nous amenent a reconsiderer sa structure generalement admise comme amorphe: la metakaolinite garde une structure periodique pseudo-hexagonale dans le plan (a,b) ; cette organisation est attribuee a la charpente silicatee dont on peut apprecier les deformations. Perpendiculairement au plan (a,b), la metakaolinite est organisee en motifs plans qui peuvent resulter de la combinaison des feuillets deshydroxyles deux a deux. Ce pontage se traduit par une proportion appreciable d'une espece pentacoordinee d'aluminium