Les minéraux argileux sont des cristaux.
Un cristal est un polyèdre à structure régulière et périodique formé par la répétition à l’infini, dans les 3 dimensions de l’espace, d’un atome, d’un groupe d’atomes, de molécules ou d’ions.
Polyèdre : forme géométrique à trois dimensions ayant des faces planes qui se rencontrent le long d’arêtes droites.
Motifs élémentaires de la structure cristalline de l’argile (cas général) :
- Tétraèdre : 1 ion silicium (Si4+) est enserré entre 4 ions oxygène (O2-)
- Octaèdre : 1 ion aluminium (Al3+) ou 1 ion magnésium (Mg2+) est pris entre 6 ions hydroxyde (OH–) et/ou oxygène (O2-)
- Les tétraèdres s’associent et forment une couche tétraédrique notée Te.
- Les octaèdres s’associent et forment une couche octaédrique notée Oc.
Ces couches tétraédriques (Te) et octaédriques (Oc) se combinent pour former les feuillets du minéral définitif.
- Feuillets à deux couches : superposition d’une couche tétraédrique et d’une couche octaédrique, nommé Te/Oc ou T:O. La kaolinite par exemple, de formule Al2O3.2SiO2.2H2O, est un minéral argileux à deux feuillets dits Te/Oc.
- Feuillets à trois couches : superposition de trois couches, une couche octaédrique prise entre deux couches tétraédriques, nommé Te/Oc/Te ou T:O:T. L’illite et les smectites sont des minéraux argileux à trois couches.
Cette description est théorique, voire idéale, dans des conditions parfaites de formation des cristaux des minéraux argileux, la réalité est quelque peu différente, mais le principe reste correct.
Les conditions climatiques, et géologiques dans lesquelles se sont formées les argiles n’étant pas physiquement et chimiquement parfaites, les argiles présentent des “défauts” liées à la nature et à l’emplacement des ions qui les composent. Les types d’ions compensant ces irrégularités ont un impact direct sur les propriétés des argiles. Ces défauts structuraux compensés sont à l’origine de la capacité d’échanges d’ions (que l’on abordera plus loin).
Un ion Mg2+ peut être remplacé par un ion Fe2+, ou par un Al3+, les ions oxygène et/ou hydroxyde peuvent eux être remplacés par un ion fluor…
Les ions compensateurs présents dans l’argile peuvent être échangés et extraits de l’argile pour être utilisés pour leurs bienfaits. Dans le langage courant, on parle souvent d’”oligo-éléments”, bien que ce terme soit techniquement imprécis. Cette capacité d’échange des ions peut être manipulée de manière ciblée, permettant de sélectionner spécifiquement les types d’ions à échanger grâce à un processus similaire à l’osmose. Actuellement, cette technique s’est étendue à l’incorporation de molécules organiques entre les couches d’argile. Cela permet, par exemple, de fixer une molécule antibiotique qui sera libérée progressivement, offrant ainsi un effet prolongé. Les applications de cette méthode sont extrêmement diversifiées.