Qu’est-ce que la bentonite ?
La bentonite est un terme général désignant une argile constituée d’un mélange de plusieurs compositions différentes, telles que le quartz, le mica et la calcite, avec la montmorillonite comme composant principal. Elle est produite au Japon et dans d’autres parties du monde.
La bentonite se caractérise par sa forte capacité d’absorption de l’eau due à la structure en couches de son principal composant, la montmorillonite, et par sa forte viscosité après gonflement. C’est pourquoi elle est largement utilisée dans l’industrie et la construction, y compris dans les céramiques. C’est également un ingrédient courant en tant qu’additif dans les produits pharmaceutiques, les cosmétiques, les détergents et d’autres produits manufacturés courants.
Utilisations de la bentonite
La bentonite est une argile caractérisée par un fort pouvoir d’absorption de l’eau et une viscosité élevée après gonflement. Elle est utilisée dans un large éventail de situations, allant de la céramique au génie civil et à la construction, en passant par les produits de première nécessité et les produits pharmaceutiques. Voici quelques-unes de ses principales utilisations :
- Céramique : matériau pour la céramique.
- Génie civil : matériau d’imperméabilisation pour les travaux de génie civil, boue pendant l’excavation.
- Produits ménagers : additifs pour améliorer la dispersibilité, la viscosité et la rétention d’humidité dans les cosmétiques, les détergents, les savons et les produits agrochimiques.
- Produits pharmaceutiques : base pour les pommades pharmaceutiques.
- Produits alimentaires : élimination de la turbidité dans le vin et le vin de prune.
- Autres : mélangée à du sable pour former des moules, litière pour chats, adsorbant d’impuretés dans les processus de raffinage du pétrole.
Principe de la bentonite
La bentonite est une argile composée principalement d’un type de minéral , la montmorillonite. Les autres constituants comprennent des minéraux silicatés tels que le quartz et l’opale, des minéraux silicatés tels que le mica et la zéolite, ainsi que des minéraux carbonatés et sulfatés tels que la calcite.
L’on trouve des gisements de bentonite au Japon à Aomori, Miyagi, Yamagata, Niigata, Gunma, Okayama et Shimane, et en dehors du Japon aux États-Unis, en Chine, en Grèce et en Turquie. Les principaux gisements exploités au Japon et à l’étranger proviendraient de sédiments issus d’éruptions volcaniques survenues il y a environ 200 millions à plusieurs millions d’années. Ils ont subi un métamorphisme physique et chimique en raison de changements de température et d’une augmentation de la pression alors qu’ils étaient enfouis dans le sous-sol.
La montmorillonite, principal composant de la bentonite, est une particule fine dont la structure en couches est constituée de minces feuilles de minerai, les molécules d’eau et les composants ioniques étant maintenus entre les couches à des intervalles d’environ 1 nm. La forte capacité d’absorption d’eau de la bentonite est principalement due à la structure intercalaire de la montmorillonite. Il est bien connu que les composants ioniques présents dans la montmorillonite jouent un rôle important dans l’action de gonflement.
Types de bentonite
La structure de la bentonite est déterminée par la structure en couches de son principal composant, la montmorillonite. Cette montmorillonite est composée de feuillets tétraédriques, qui sont des feuillets de tétraèdres composés de silicium et d’oxygène, et de feuillets octaédriques, qui sont des feuillets d’octaèdres composés d’aluminium et de groupes hydroxyles. Un feuillet octaédrique est alors pris en sandwich entre deux feuillets tétraédriques.
Dans la pratique, le feuillet octaédrique présente une structure dans laquelle une partie de l’aluminium du feuillet octaédrique a été remplacée par du magnésium. L’aluminium étant trivalent et le magnésium divalent, des cations appelés cations intercalaires sont incorporés dans les couches pour équilibrer les charges électriques.
Il existe quatre types principaux de cations intercalaires : Na+, Ca2+, K+ et Mg2+. Les types de bentonite sont divisés en fonction du type de cations intercalaires, et il en existe deux types : la bentonite de type Na et la bentonite de type Ca.
1. Bentonite de type Na
La bentonite Na est une bentonite contenant une forte proportion d’ions Na+ dans les cations intercalaires de la montmorillonite et se caractérise par une excellente stabilité au gonflement, à l’épaississement et à la suspension.
2. Bentonite de type Ca
La bentonite Ca est une bentonite contenant une forte proportion d’ions Ca2+ dans les cations intercalaires de la montmorillonite. La bentonite Ca est inférieure à la bentonite Na en termes de gonflement, d’épaississement et de stabilité de la suspension, mais elle possède d’excellentes propriétés d’absorption de l’eau.
Certaines bentonites de type Ca sont artificiellement transformées en bentonites de type Na par l’ajout de quelques pour cent en poids de carbonate de sodium à la bentonite de type Ca, appelée bentonite activée. Les propriétés de cette bentonite activée sont similaires à celles de la bentonite de type Na.
Autres informations sur la bentonite
1. Toxicité de la bentonite
La bentonite n’a pas de toxicité signalée dans le cadre d’une utilisation normale, comme en témoigne son utilisation dans les produits ménagers et les médicaments. Elle est couramment utilisée comme additif alimentaire car elle provoque peu d’irritations cutanées et peut être prise sans danger par voie orale. Les fines particules de bentonite peuvent notamment adsorber les impuretés et sont utilisées comme adjuvant de filtration dans la production alimentaire, par exemple pour la filtration de la bière et d’autres boissons alcoolisées, ainsi que des boissons non alcoolisées.
Selon la fiche de données de sécurité de la bentonite, la valeur de la DL50, dose semi-létale : une mesure de la toxicité aiguë, pour l’ingestion orale chez le rat est de 5 000 mg/kg. Cette valeur permet de conclure que la bentonite appartient à la classe des substances communes dans la classification de la loi sur le contrôle des substances vénéneuses et délétères.
D’autre part, l’inhalation de grandes quantités de poussière de bentonite par le nez ou la bouche peut entraîner une pneumoconiose. La pneumoconiose est une maladie causée par l’accumulation de poussières dans le système respiratoire.
Au début, il n’y a pas de symptômes mais, au fil du temps, des symptômes tels que la toux, les mucosités, l’essoufflement et la difficulté à respirer peuvent apparaître. Une fois la pneumoconiose contractée, il n’y a pas de remède et les poumons ne reviennent pas à leur état normal.
2. La bentonite dans les travaux de génie civil
La bentonite est utilisée comme matière première pour la fabrication de boues destinées à protéger les parois des terrains excavés dans les fondations de bâtiments et les travaux de renforcement des infrastructures. En effet, le simple fait de creuser le sol peut entraîner l’effondrement des parois latérales de la zone excavée. Plus précisément, l’on évite l’effondrement des parois en creusant tout en remplissant le trou avec de la boue préparée en mélangeant de l’eau et de la bentonite.
Cette méthode utilise le fait que lorsque de l’eau est ajoutée à la bentonite, elle gonfle et augmente sa viscosité. Cela peut pénétrer dans la surface de l’excavation pour stabiliser les parois latérales et former en même temps une couche de boue solide et fine à la surface, empêchant ainsi l’effondrement partiel de l’excavation. Cela empêche également les sédiments générés pendant l’excavation de se déposer au fond. En raison de ces propriétés, elle est utilisée lorsqu’une excavation sûre et efficace est nécessaire.
La boue de bentonite est également peu coûteuse et présente l’avantage d’être facile à travailler. En revanche, elle présente l’inconvénient d’être vulnérable à la salinité du sol et instable à la température.
Elle n’est pas très efficace pour empêcher l’effondrement des parois latérales et convient donc aux excavations peu profondes. Divers additifs tels que des dispersants et des lubrifiants peuvent être ajoutés à la boue de bentonite pour s’adapter aux conditions d’excavation.