par B. DABIN -=-=-=-=-=-

S.S.C. - Bandy

PLAN - INTRODUCTION

I - DEFINITION DE LA FIXATION IONIQUE

II - LES PHENOMENES D'ECHANGE DANS LES SOLS

III - FIXATION PREFERENTIELLE DES CATIONS SUR LES SOLS

CAS PARTICULIER DE L~ION SODIUM

A - ACTION DE LA CONCENTRATION

B - ACTION DU TYPO D'ANION

C - ACTION DE L 'EQUIL IBRE CATIONIQUE

D - INFLUENCE D U TYPE D'ARGILE

E - INFLUENCE DE LA DILUTION

F - LOIS D'EQUILIBRE ENTRE SOL ET SOLUTION

G - ACTION DU PROCESSUS DE REMONTEE CAPILLAIRE

- CONCLUSION

INTRODUCTION

Le p r é s e n t a r t i c l e a e s s e n t i e l l e m e n t pour b u t de c o n s t i t u e r une

i n t r o d u c t i o n aux d i v e r s e s communica t ions q u i s e r o n t p r é s e n t é e s p a r l a

sui te ; nous r a p p e l l e r o n s donc q u e l q u e s données g é n é r a l e s c o n c e r n a n t l e s

phénomènes d e f i x a t i o n e t d ' échanges i o n i q u e s dans les s o l s , e n nous li-

m i t a n t au problèmes d e s c a t i o n s , e t nous résumerons q u e l q u e s r é s u l t a t s

p l u s r é c e n t s o b t e n u s dans des e x p é r i e n c e s e f f e c t u é e s aux 5 S . C . Bondy-

Du p o i n t d e vue h i s t o r i q u e , l e s phénomènes d ' échange o n t é t é m i s

en é v i d e n c e p a r WAY en 1850, mais c e p e n d a n t , c e n ' e s t que beaucoup p l u s

t a r d que c e r t a i n e s p r o p r i é t é s d e s sols sa l é s e t à a lca l i s o n t été

a t t r i b u é e s à l ' a c t i o n d ' échange du sodium, en p a r t i c u l i e r p a r HISSINK

en 1907, s u r d e s a r g i l e s g o n f l a n t e s d e Ho l l ande , e t p a r GEDROIZ e n 191 2 , s u r d e s sols à a l c a l i s d e s r é g i o n s a r i d e s . Depu i s9un t rès g rand nombre

d ' a u t e u r s t a n t à l ' é t r a n g e r qu 'en France o n t é t u d i é ces p r o b l è m e s 9 e t

t o u t l e monde c o n n a î t les t r a v a u x d e s c h e r c h e u r s Amér ica ins t e l s que

UELLY O U 1 ' é q u i p e du L a b o r a t o i r e d e S a l i n i t é d e R i v e r s i d e e n C a l i f o r n i e s

pour ne c i t e r que les p l u s a n c i e n s .

I - DEFINITION DE LA FIXATION IONIQUE

Un phénomène d ' a b s o r p t i o n p e u t être d e nature v a r i a b l e , il e x i s t e

d e s f i x a t i o n s non p o l a i r e s ( p a r c a p i l l a r i t é p a r exemple) e t d e s f ixa-

t i o n s p o l a i r e s .

Les f i x a t i o n s à l a surface d e s c o l l o ï d e s sont géné ra l emen t d e s

r é a c t i o n s d ' é q u i l i b x e , mais les f o r c e s d e f i xa t ion s o n t p l u s élevées

que d a n s l e cas d 'une s i m p l e a b s o r p t i o n non p o l a i x e , e t l ' a c t i o n du

s o l v a n t p u r (sauf dans c e r t a i n s cas) p e u t d i f f i c i l e m e n t renverser l ' é -

q u i l i b r e .

I - 1 -

I1 ex i s t e d e s a d s o r p t i o n s p o l a i r e s d e t y p e chimique à l a s u r f a c e

d e c e r t a i n s r é s e a u x , l o r s q u e l ' i o n a d s o r b é p e u t f o r m e r un composé peu

s o l u b l e O U f a i b l e m e n t i o n i s é a v e c l e s i o n s d e c h a r g e opposée du r é s e a u .

11 ex i s t e également une a d s o r p t i o n d i t e "d echangel' s u r d e s s u r -

faces p r é s e n t a n t d e s c h a r g e s i o n i q u e s , s i ces c h a r g e s p o s i t i v e s ou

n é g a t i v e s peuven t q u i t t e r l ' a d s o r b a n t e n nombre é g a l aux c h a r g e s p o s i -

t i v e s ou n é g a t i v e s des i o n s a d s o r b é s . Cette a d s o r p t i o n d ' échange a é t é

mise e n é v i d e n c e d a n s le cas d e s s o l s .

Cette a d s o r p t i o n d ' é c h a n g e p e u t se r e p r é s e n t e r p a r une formule :

s o i t A l e matériel a d s o r b a n t e t Ple l e métal d e valence n f

L '&change e n t r e le sodium monovalent e t le métal d e v a l e n c e n , p a r

exemple, o b é z t à l ' é q u i l i b r e s u i v a n t :

n Na A I- Me" + Me ( A ) n I- n Na+

L ' a d s o r p t i o n d ' é c h a n g e e s t r é v e r s i b l e , l a c h i m i o s o r p t i o n e s t p l u s

d i f f i c i l e m e n t r é v e r s i b l e ( c ' e s t l e cas d e c e r t a i n s a n i o n s )

En résumé, l ' a d s o r p t i o n se m a n i f e s t e p a r l ' a u g m e n t a t i o n d e concen-

t r a t i o n d ' u n i o n à l a s u r f a c e d ' u n s o l i d e , l a $éso rp t ion e s t le proces -

SUS inverse .

I I - LES PHENOMENES D'ECHANGE DANS LES SOLS, GENERALITES.

Le sol e s t un m i l i e u h é t é r o g è n e q u i c o n t i e n t un mélange des com-

p o s é s s o l i d e s , l i q u i d e s , g a z e u ; l a p a r t i e s o l i d e est formée d e minércux

p r i m a i r e s a i n s i que d ' a r g i l e s , d t h y d r o x y d e s g d e matiems o r g a n i q u e s .

C 'es t s u r t o u t l ' a r g i l e a i n s i que l e s matières o r g a n i q u e s q u i cons-

t i t u e n t l a p a r t i e a d s o r b a n t e : c ' e s t ce qu 'on a p p e l l e le complexe adso r -

bant .

Les c h a r g e s d e s c o l l o ï d e s du sol s o n t e s s e n t i e l l e m e n t n é g a t i v e s

e t on l e s m e t en é v i d e n c e p a r l ' é l e c t r o p h o r è s e : elles augmentent p a r

voie d e s u b t i t u t i o n i somorph ique

x y d e s a t t a c h é s au s i l i c i u m

1

ou p a r i o n i s a t i o n d e s g roupes hydro-

s u r l e s a n g l e s d e s couches t é t r a é d r i q u e s :

SiOH I- H20 = S i Õ + H3O+

A ces c h a r g e s s ' a j o u t e n t c e l l e s d e s f o n c t i o n s a c i d e s de l 'humus

COOH- OH-.

Les c h a r g e s p o s i t i v e s v i e n n e n t des hydroxydes (Fe r - Aluminium)

a i n s i que d e s couches o c t a g d r i q u e s - en ce q u i conce rne l a matière

o r g a n i q u e , l e s g roupes b a s i q u e s de l ' humus s o n t l i é s à l ' a z o t e -

La c h a r g e d e s c o l l o f d e s n 'es t p a s c o n s t a n t e , elle v a r i e avec le

pH d e l a s o l u t i o n . Lorsque le pH augmente, les c h a r g e s n é g a t i v e s aug-

men ten t e t les c h a r g e s p o s i t i v e s d iminuen t e n r a i s o n d e l ' i o n i s a t i o n

croissante d e s g roupes a c i d e s e t d e l a d é c r o i s s a n c e d e s p r o t o n s d e s

g roupes b a s i q u e s -

La c h a r g e é l e c t r i q u e d e s p a r t i c u l e s es t neut ra l i sée p a r une quan-

t i t é é q u i v a l e n t e d ' i o n s de c h a r g e opposée .

Ces i o n s s o n t ma in tenus à l a surface p a r les f o r c e s d e COULOMB,

mais comme nous le v e r r o n s p l u s l o i n , d ' a u t r e s f o r c e s peuvent i n t e r v e n i r -

Dans les sols , les i o n s f i x é s les p l u s c o u r a n t s s o n t :

Ca" Mgsf H+ K+ Na+ NH4+

Dans les so l s c o u r a n t s le Ca*+ e s t dominant , d a n s l e s sols t r è s

a c i d e s Al3+ p e u t ê t re t r è s i m p o r t a n t , dans les sols a lca l in s Na* p e u t

être e n f o r t e p r o p o r t i o n .

La c a p a c i t é d ' échange co r re spond à l a q u a n t i t é t o t a l e d ' i o n s f i x é s

p a r le sol9 elle var ie avec le t y p e e t l a q u a n t i t é d e c o l l o ï d e 9 avec le

pH, avec l ' a f f i n i t é de l ' i o n elle e s t d é f i n i e géné ra l emen t à pH = 7 .

Les i o n s fo rmen t un nuage e n t o u r a n t les p a r t i c u l e s , l a c o n c e n t r a -

t i o n d e s i o n s e s t maximum à p r o x i m i t é de l a s u r f a c e p u i s d é c r o î t de fa-

çon a s y m t o t i q u e au f u r e t à mesure qu 'on s ' e n é l o i g n e i l ' é p a i s s e u r d e

cet te couche d i f f u s e e t l a r é p a r t i t i o n des i o n s dépend de l a d e n s i t é d e s

c h a r g e s d e surface, de l a n a t u r e d e s i o n s , de l a c o n c e n t r a t i o n d e s élec-

t r o l y t e s e n s o l u t i o n , d e l a t e m p é r a t u r e .

L ' é p a i s s e u r d e l a couche d i f f u s e d iminue l o r s q u e l a valence aug-

men te , d e même l o r s q u e l a c o n c e n t r a t i o n d e l ' é l e c t r o l y t e e n s o l u t i o n

c r o î t .

- 3 -

I

En o u t r e l e s i o n s s o n t e n t o u r é s de molécu le d ' e a u e t le d i a m è t r e

des i o n s h y d r a t é s i n t e r v i e n t d ' a p r è s les f o r c e s de VAN DER WAALS q u i

s ' a j o u t e n t aux f o r c e s d e COULOMB. C e t t e r é p a r t i t i o n d e s i o n s dans l a

couche d i f f u s e i n t e r v i e n t dans l a f o r c e de f i x a t i o n v a r i a b l e d e s Ca-

t i o n s g a i n s i que pour l a v a l e u r du pH d o n t il s e r a q u e s t i o n p l u s l o i n .

I I I - FIXATION PREFERENTIELLE DES CATIONS SUR LES SOLS. CAS PARTICULIER,

DE L ' I O N 5-

HISSINK en 1939 a montré que des sols a l c a l i s é s p a r submers ion

marine e n H o l l a n d e , p o u v a i e n t é l i m i n e r le sodium p a r s i m p l e a c t i o n

de l ' e a u d e p l u i e i il se p r o d u i t un remplacement de Na p a r le Ca pro-

v e n a n t du C03Ca e x i s t a n t dans le s o l , ceci montre que l e sodium est

beaucoup moins r e t e n u p a r l e s o l que le c a l c i u m . D e nombreux e s s a i s

expé r imen taux o n t é t é e f f e c t u é s c o n c e r n a n t l a f i x a t i o n du sodium s u r

le s o l e t le déplacement du ca lc ium e t d u magnésium ; nous p r é s e n t o n s

que lques u n e s de c e s e x p é r i e n c e s en é t u d i a n t s u c c e s s i v e m e n t , l ' a c t i o n

de l a c o n c e n t r a t i o n , l ' a c t i o n du r a p p o r t c a t i o n i q u e , l ' a c t i o n des a n i o n s

a s s o c i é s au sodium, l ' a c t i o n du t y p e de c o l l o ï d e .

A ) Act ion de l a c o n c e n t r a t i o n

Lorsqu 'on met le sol e n c o n t a c t a v e c une s o l u t i o n de NaC19 une

f a i b l e p r o p o r t i o n seu lement de Na+ es t f i xéeg l a p l u s grande pa r t i e

d u sodium r e s t e e n s o l u t i o n p une q u a n t i t é de Ca" e t Mg+' p a s s e e n so-

l u t i o n 7 e t e s t é q u i v a l e n t e au Na+ f i x é .

a ) Expé r i ence de PURI ( f i g . 1 )

L ' e s s a i est e f f e c t u é s u r u n " b l a c k c o t t o n s o i l ' ! c o n t e n a n t 52 % d ' a r g i l e , 10 '$ de C03Ca9 avec une c a p a c i t é d ' échange de 60 m-é. pour

100 g.

Le s o l e s t p r é a l a b l e m e n t d é s a t u r é pour é l i m i n e r le c a r b o n a t e d e

chaux en excès, p u i s à nouveau s a t u r é e n calciump& Ca(OH12.

10 g. d e s o l s o n t a g i t é s a v e c 1 O00 m l d e s o l u t i o n d e N a C l à

d i f f é r e n t e s c o n c e n t r a t i o n s : O à 5 7; d e NaC1 p a r l i t r e -

Les c o n c e n t r a t i o n s c r o i s s a n t e s d e NaC1 p e r m e t t e n t de f i x e r d e s

q u a n t i t é s c r o i s s a n t e s d e Na+ e t d e d é p l a c e r d e s q u a n t i t é s c r o i s s a n t e s

d e Ca*.

La courbe d e f i x a t i o n es t l o g a r i t h m i q u e e t r e s s e m b l e b unariso- - t h e r m e d a d s o r p t i o n

Le déplacement d e Ca es t p l u s f a i b l e que l ' a u g m e n t a t i o n de concen-

t r a t i o n e n NaCl. - 170 m.é. d e Na+ e n s o l u t i o n d é p l a c e e n v i r o n 50 m. é -

d e Ca, p a r c o n t r e un r a p p o r t - Na Ca t i o n d e 0,3 % d e NaCl? l a P i x a t i o n de Na e s t donc r e l a t i v e m e n t impor-

t an te pour les f a i b l e s c o n c e n t r a t i o n s d e l a s o l u t i o n -

d e 1 2 $ c o r r e s p o n d à une c o n c e n t r a -

b ) Expérience de KOUESTANI ( f i g - 2 )

Dans un t r a v a i l effectué à Bondy, KOUESTANI es t p a r t i d ' un ho r i -

zon B l imoneux de Gr ignonp q u i c o n t i e n t une a r g i l e d e t y p e e s s e n t i e l -

lement k a o l i n i q u e e t i l l i t i q u e e t d o n t l a c a p a c i t é d ' échange es t d e

13 m - é - pour 100 g c

Le sol s a t u r é e n Ca es t p r é a l a b l e m e n t d é s a t u r é 5 l ' a c i d e ch lo rhy-

d r i q u e , p u i s lavé à l ' e au .

100 g. d e sol s o n t m i s e n c o n t a c t a v e c I 1 d e s o l u t i o n d e d i f f é -

' r e n t s c h l o r u r e s : NaC1 - CaC12, e t lvlg C1z9 d e c o n c e n t r a t i o n s c r o i s -

Comme dans l e cas d e l ' e x p é r i e n c e de PURI, l a f i x a t i o n est l o g a i

r i t h m i q u e , mais l a f i x a t i o n maximum e s t d e l ' o r d r e d e 50 % d e l a capa-

c i t é d ' échange .

C'est l ' i o n calcium q u i se f i x e le p l u s f o r t e m e n t , p u i s v i e n t Mg,

l a f i x a t i o n est ne t t emen t p l u s f a i b l e s u r t o u t pour les f a i b l e s concen-

t r a t i o n s en N a C l . S i . l ' o n t r a i t e le s o l c a l c i q u e non d é s a t u r é p a r une

s o l u t i o n d e NaCl 2N, l a f i x a t i o n Na+ a t t e i n t 80 % d e l a c a p a c i t é d l é -

/du sodium

/de

change * - 5 -

La f i x a t i o n d e Na es t p l u s d i f f i c i l e d a n s l e cas d ' u n e a r g i l e H

que d 'une a r g i l e Ca. L ' i o n hydrogène es t donc p l u s d i f f i c i l e m e n t d é p l a -

çable que l ' i o n ca l c ium, d a n s le cas p r é s e n t .

c ) E x p é r i e n c e d e KELLEY e t CUMMINS (1921)

Un l i m o n a r g i l e u x d e Yo10 est a g i t é a v e c une s o l u t i o n d e NaCl

(100 g- p o u r 500 i n l ) $ d e c o n c e n t r a t i o n c r o i s s a n t e , les r é s u l t a t s sont

les s u i v a n t s

Ces r é s u l t a t s c o n f i r m e n t d e s données p r é c é d e n t e s $ l a propor-

t i o n d e Na f i x é p a r r a p p o r t a u Na a j o u t é est in fér ieur à 20 $ e t dimi-

n u e a v e c l a c o n c e n t r a t i o n ; l a q u a n t i t é d e (Ca* -I- Mg*) d é p l a c é e e s t

é g a l e à 2.a q u a n t i t é d e Na+ f i x é .

B) Action du t y p e d ' a n i o n

a ) Action de l ' i o n acétate

S i au l i e u du c h l o r u r e ? d a n s l ' e x p é r i e n c e d e KOUESTANI, on u t i l i s e

d e s sels s o u s forme d ' a c é t a t e 9 on a b o u t i t d a n s l e cas d ' u n e s o l u t i o n N 3 :

- 6 -

- 99 % de s a t t l r a t i o n d a n s l e cas de Na

- 98,55 % !I dans l e cas de Evlg

- 9B925 $ I I dans l e cas de Ca

b ) Ac t ioa du c a r b o n a t e

/non d é s a t u r é S i l ' o n met u n s o l e n c o n t a c t avec du c a r b o n a t e de sodium, l a

q u a n t i t é de Na f i x é e s t p l u s i m p o r t a n t e que dans l e cas du c h l o r u r e ,

e t l a q u a n t i t é de Ca e t Mg e n s o l u t i o n es t p l u s f a i b l e .

- Expér ience de KELLEY e t CUMMINS 1921

Na NO3 ; 272 * I

Dans le c a s de C03Na2 l a r é a c t i o n es t l a s u i v a n t e :

a r g i l e Ca + CU3 Na2 + a r g i l e Na2 + C03Ca __I

4 il se forme un p r é c i p i t é i n s o l u b l e de C03Ca q u i d é p l a c e l ' é q u i l i b r e .

Vers l a d r o i t e , il y a davan tage de Na+ f i x e ? quand à Ca* e t

Mg++ ils s o n t p a r t i e l l e m e n t i n s o l u b i l i s é s , e t on e n r e t r o u v e moins e n

s o l u t i o n .

Dans l e cas d e s c h l o r u r e s e t des n i t r a t e s , l e s sels de calcium

formés s o n t s o l u b l e s , il se p r o d u i t a l o r s une r é a c t i o n d f é q u i l i b r e ,

donc moins d e Na+ f i x é e t p l u s de Ca++ e t Mg++ e n s o l u t i o n .

- 7 -

c ) E x p é r i e n c e s d e F.S. N A K A Y A M A , 1966 ( f i q . 3 )

L ' a u t e u r o p è r e s u r t r o i s s o l s a r g i l o - l i m o n e u x s l ' u n s a t u r é e n Ca++

é c h a n g e a b l e , le second e n Mg4+ échangeable , le t r o i s i è m e c o n t e n a n t 8 % d e c a l c a i r e .

I1 met e n c o n t a c t 50 g - de s o l avec un l i t r e de s o l u t i o n de sel de

sodium d o n t l a c o n c e n t r a t i o n v a r i e de 0,5 à 32 m. 8. pour 100 g.

I1 compare q u a t r e sels : un c h l o r u r e , un s u l f a t e , un c a r b o n a t e , e t

un po lyphospha te . I l mesure (Ca + Mg) p a s s a n t en s o l u t i o n , a i n s i que Na

r e s t a n t en s o l u t i o n .

En ce q u i concerne Ca + Mg e n s o l u t i o n , l e c a r b o n a t e donne t o u j o u r s

u n r é s u l t a t p l u s f a i b l e en r a i s o n de l a f o r m a t i o n de sels i n s o l u b l e s .

C h l o r u r e e t sulfate donnent d e s résu l ta t s à peu p rEs é q u i v a l e n t s a

Le po lyphospha te donne les r é s u l t a t s les p l u s f o r t s , il y a forma-

t i o n d 'un complexe c a l c i q u e q u i e s t d o s a b l e au complexon.

En ce q u i conce rne Na en s o l u t i o n p le c h l o r u r e donne le résultat

l e p l u s é l e v é , ce q u i prouve que l a f i x a t i o n es t l a p l u s f a i b l e .

La d i f f é r e n c e avec les a u t r e s sels est s u r t o u t s e n s i b l e dans le c a s

du s o l c a l c i q u e , dans le sol magnésien l a d i f f é r e n c e es t t rès f a i b l e .

Dans le sol c a l c a i r e , l e s u l f a t e donne une f i x a t i o n i d e n t i q u e au

c h l o r u r e , le c a r b o n a t e e t le po lyphospha te donnent moins de Na en s o l u -

t i o n , donc une f i x a t i o n p l u s é l e v é e .

La c o n d u c t i v i t é é l e c t r i q u e de l a s o l u t i o n a été également mesurée,

elle v a r i e dans l ' o r d r e s u i v a n t :

Na C 1 > Na2 SO4 > (Na PO3)6 > Na2 CO3

- 8 -

C ) Act ion d e l ' é q u i l i b r e c a t i o n i q u e

Lorsque les s o l u t i o n s c o n t i e n n e n t e n mélange Ca++ ou Wg*+ e t Na+,

l a f i x a t i o n ES% t rès d i f f é r e n t e de celle o b t e n u e a v e c le sel pur .

a ) Expér i ence d e KELLEY, BROWN e t LIEBIG (1940)

Pour une m ê m e q u a n t i t é de Na+ e n s o l u t i o n l a p r é s e n c e de Ca d iminue Na Ca l a f i x a t i o n , cet te f i x a t i o n augmente e n f o n c t i o n du r a p p o r t - .

b ) Expér i ence d e KOUESTANI (fis. 4 e t 5)

S u r 100 g. d e sol d é s a t u r é on' f a i t a g i r 1 O00 ml de s o l u t i o n mixte

d e c h l o r u r e s (Na - Ca ou Na - Mg) en mélangeant d e s volumes v a r i a b l e s d e

s o l u t i o n s normales d e s deux sels d e façon que l a c o n c e n t r a t i o n t o t a l e

r e s t e é g a l e à N .

Les r é su l t a t s s o n t donnés dans les g r a p h i q u e s j o i n t s :

é q u i l i b r e Na-Ca Na-Mg.

- 9 -

Les c o u r b e s de f i x a t i o n d e s i o n s o b é k s e n t à une l o i l o g a r i t h -

mique, l ' i n t e r s e c t i o n d e ces c o u r b e s donne une i d é e de l ' é n e r g i e de

f i x a t i o n comparée de l ' i o n Na' a v e c Ca"& Mg++, il f a u t un r a p p o r t

A N a o u - pou r u b t e n i r une f i x a t i o r , é g a l e : Na+ = !Ja* d ' e n v i r o n - 2' Ca

OU Na+ = Mg".

Na Mg

5 Lorsque les c o n c e n t r a t i o n s s o n t é g a l e s - l a f i x a t i o n de Na cor - 5' r e spond à e n v i r o n 10 % de l a c a p a c i t é d ' échange .

Dans ces e x p é r i e n c e s , il semble que Mg'" j oue un rô l e s e n s i b l e -

'ment é g a l à c e l u i d e Cau*

c o r r e s p o n d au r a p p o r t !!J. - - 9 ce q u i prouve que l ' é n e r g i e d e f i x a -

t i o n d e Mg+' e s t i n f é r i e u r à cel le d e Ca'+.

S i l ' o n r éa l i s e un é q u i l i b r e Ca" Mg+', le p o i n t d ' i n t e r s e c t i o n 6

Ca - 4

c) E n e r q i e d e f i x a t i o n d e s i o n s

En c o n c l u s i o n , d ' a p r è s l e s e x p é r i e n c e s p r é c é d e n t e s 7 e t d a n s l e s o l

c o n s i d é r é , l ' é n e r g i e d e f i x a t i o n des i o n s se classe dans l ' o r d r e s u i v a n t :

H' > Ca" > Flg* > Na+

D'une man iè re g é n é r a l e c ' e s t l ' i o n H' q u i e s t f i x é le p l u s f o r t e m e n t ,

s a u f dans le c a s d e l a k a o l i n i t e p u r e 9 e n s u i t e v i e n n e n t les i o n s biva-

l e n t s q u i sont p l u s f o r t e m e n t f i x é s que les i o n s monovalen ts .

Les i o n s de m&me valence s o n t d ' a u t a n t moins a d s o r b é s que le d i a -

mètre d e l ' i o n h y d r a t e est p l u s p e t i t , ce s o n t l e s ions de p l u s f o r t

d i a m è t r e q u i s o n t le p l u s a d s o r b é s , il y a cependan t d e s e x c e p t i o n s ô I

géné ra l emen t Li' € Na+ < K+

e t Mg"' < Ca'" < Ba""

- 10 -

D) I n f l u e n c e du t,vpe d ' a r q i l e s u r l a f i x a t i o n

S i l l o n met en c o n t a c t d e s a r g i l e s s a t u r é e s p a r l ' i o n NH4: avec

d i f f é r e n t s c h l o r u r e s de même c o n c e n t r a t i o n , le poux-centage de NH4 dé-

p l a c é est le s u i v a n t :

$ d e NH4 d é p l a c é

La f i x a t i o n du Na est é q u i v a l e n t e pour l a m o n t m o r i l l o n n i t e e t l a

k a o l i n i t e , elle est p l u s f a i b l e pour l a muscov i t e .

La f i x a t i o n du po ta s s ium es t é q u i v a l e n t e dans les t r o i s a r g i l e s .

Magnesium e t ca lc ium s o n t p l u s f o r t e m e n t f i x é s p a r l a montmoril-

l o n i t e , p u i s v i e n t l a k a o l i n i t e , e n f i n l a muscov i t e .

Dans le c a s d e l a m u s c o v i t e , c ' e s t l ' i o n K q u i es t le plus f o r t e -

ment f i x e en v a l e u r r e l a t i v e .

En r a i s o n de s a f o r t e c a p a c i t é d ' é c h a n g e , 1.a m o n t m o r i l l o n n i t e

a b s o r b e r e l a t i v e m e n t p l u s d e Ca e t Mg e t moins de K e t Na que l a

k a o l i n i t e , l ' i l l i t e occupe une p o s i t i o n i n t e r m e d i a i r e un peu d i f f é -

rente de l a muscov i t e .

- i 1 -

E ) I n f l u e n c e de l a d i l u t i o n

La d i l u t i o n Si% s o l

dans l e c a s d ' u n sol c o n t e n a n t à l a f o i s d e s i o n s

d i v a l e n t s e t monovalen ts a g i t oe l a f a ç o n s u i v a n t e :

Cat-Mq Bch. Na+K éch .

Cat-Mq éch. diminue Na+K é c h -

- l o r s q u e l a d i l u t i o n augmente, l e r a p p o r t --- augmente

- l o r s q u e l e d i l u t i o n d iminue , l e r a p p o r t

- i n v e r s e m e n t l e rapport--- Na+K e n s o l u t i o n augmente a v e c l a Cat-Mg

d i l u t i o n .

Le d e g r é de deplacement de l ' é q u i l i b r e dépend de l a c o n c e n t r a t i o n

sal ine, les s o l s r i c h e s e n sels m o n t r a n t d e l a r g e s v a r i a t i o n s d ' k q u i l i b r e ,

les s o l s p a u v r e s en sels n ' o n t que d e f a i b l e s v a r i a t i o n s d ' é q u i l i b r e .

1

F) L o i s d ' é q u i l i b r e e n t r e s o l e t s o l u t i o n

Différentes l o i s d ' é q u i l i b r e d e s i o n s échangeab le s e t d e s i o n s en

s o l u t i o n o n t é t é p roposéessdon t l a p l u p a r t s o n t b a s é e s s u r l a l o i d ' a c t i o n

d e masse e t les é q u i l i b r e s de DONNAN; ces l o i s ne s o n t q u ' a p p r o x i m a t i v e s

e t v a l a b l e s seu lemen t dans l e c a s de s o l u t i o n s t r è s d i l u é e s -

RICHARDS e t son é q u i p e de R i v e r s i d e o n t k t a b l i une r e l a t i o n entre

l e p o u r c e n t a g e d e sodium p a r r a p p o r t aux au t res c a t i o n s é c h a n g e a b l e s e t

le r a p p o r t d e s i o n s en s o l u t i o r I J

La p r o p o r t i o n de Na Echangeable e s t e n c o r r é l a t i o n é t r o i t e avec l e

dans l a s o l u t i o n . Na+ u__ a + + ivig-

2

r a p p o r t \ET

G ) Act ion du p r o c e s s u s de remontée c a p i l l a i r e s u r l a F i x a t i o n du

sodium

La p l u p a r t d e s e x p é r i e n c e s p r é c é d e n t e s s o n t réal isées p a r d e s

c o n t a c t s OU d e s p e r c o l a t i o m de g r a n d e s q u a n t i t é s d e s o l u t i o n relative-

ment c o n c e n t r é e s avec d e p e t i t e s q u a n t i t é s d e terre; les é q u i l i b r e s

s o n t g é n é r a l e m e n t t rès r a p i d e s , m a i s les r é s u l t a t s o b t e n u s n e corres-

pondent p a s t o u j o u r s aux phénomènes o b s e r v é s dans l a p r a t i q u e .

I l I

l ~

I

- 12 -

E x p é r i e n c e s d e MHSSOUI"I1 ( f is . 6 et7.')

Récemment dans d e s e x p g r i e n c e s réa l i sées à Bondy, MASSOUMI a é t u d i É

l a remontée d e s o l u t i o n s s a l i n e s d a n s d e s c o l o n n e s de 60 cm d e h a u t . Les

s o l u t i o n s o n t une c o n c e n t r a t i o n maximum d e 100 m s é. p a r l i t r e e t c o n t i e n -

n e n t à é g a l i t é les i o n s C1- e t SO4'-.

Les r a p p o r t s c a t i o n i q u e s v a r i e n t d e l a façon s u i v a n t e :

Na+ = , A 5 2 2 I Ca++ 3- Mg'* 9 7 5 3 1

L e n i v e a u d u l i q u i d e a é t é maintenu c o n s t a n t à l a b a s e d e l a c o l o n n e

p a r un s y s t è m e d e Mariotte, e t le l i q u i d e a r emon té l i b r e m e n t p a r c a p i l -

l a r i t é j u s q u ' a u sommet d e l a co lonne 5 l ' e x p é r i e n c e a é t é arrêtée l o r s q u e

le f r o n t de c a p i l l a r i t é a a t t e i n t le sommet. I l n'y a eu e n réa l i té que

tr8s peu d ' é v a p o r a t i o n .

Les c o l o n n e s o n t e n s u i t e é t é dGcoup8es p a r t r o n ç o n d e 5 c m e t les

d i v e r s é c h a n t i l l o n s a n a l y s é s .

Nous r e p r é s e n t o n s i c i l ' a l c a l i n i s a t i o n d a n s le cas d 'un s o l l imoneux

homogène ( a r g i l e 23 5) e t d ' u n s o l s a b l e u x ( a r g i l e 6 $1- Ces deux s o l s p r o v e n a n t d e l ' h o r i z o n B d e Grignon s o n t s a t u r é s p a r

Ca" a u d é p a r t .

Les résu l ta t s o b t e n u s s o n t t r è s i n t é r e s s a n t s e t p e r m e t t e n t d e t i r e r

les c o n c l u s i o n s s u i v a n t e s :

- l ' a l c a l i n i s a t i o n est t r è s f a i b l e d a n s le cas du r a p p o r t

Na - - Ca + Mg

5 5 - e l l e e s t n u l l e en d e s s o u s .

- e l l e e s t maximum d a n s le cas du r a p p o r t

9 - 7 elle e s t p l u s f o r t e d a n s le cas du s o l s a b l e u x Ca + Mg 1

= Na

que du s o l l imoneux.

L ' a l c a l i n i s a t i o n e s t maximum au bas d e l a c o l o n n e , p u i s e l l e d é c r o î t

avec l a h a u t e u r d ' une f a ç o n l i n é a i r e , elle s ' a n n u l e a v a n t d ' a v o i r a t t e i n t

le h a u t d e l a co lonne .

- 13 ..)

I

On p e u t d o n n e r de ces f a i t s les i n t e r p r é t a t i o n s s u i v a n t e s :

Chaque u n i t é d e volume d ' e a u q u i t r a v e r s e u n e couche d e l a co lonne

a p p o r t e une q u a n t i t é d ' i o n Na+ q u i p e u t se f i x e r e t s ' é c h a n g e r c o n t r e

l ' i o n Cai", ce s o n t les c o u c h e s i n f é r i e u r e s d e l a c o l o n n e q u i s o n t t r a -

v e r s é e s p a r l e p l u s g rand nombre d ' i o n s Na, ce nombre d iminue a v e c l a

h a u t e u r . En o u t r e l a s o l u t i o n du sol s ' a p p a u v r i t e n Na+ a v e c l a h a u t e u r

e t s ' e n r i c h i t e n CaCC? cet te m o d i f i c a t i o n d ' é q u i l i b r e d iminue l a f o r c e

d e f i x a t i o n d e Na+, c 'es t p o u r q u o i 1' a l c a l i n i s a t i o n s 'arrête a v a n t le

h a u t de l a co lonne .

L ' a l c a l i n i s a t i o n es t p l u s r a p i d e d a n s le cas du s o l s a b l e u x p e n

r a i son d e l a p l u s f a i b l e c a p a c i t é d1Echange.

Cette e x p é r i e n c e f o u r n i t une image d e l ' a l c a l i n i s a t i o n t e l l e q u ' e l l e

p e u t se p r o d u i r e s u r l e t e r r a i n . En r a i s o n d e s fo r t e s q u a n t i t é s d ' e a u

q u i t r a v e r s e n t le s o l " p e r ascensum" dans l e s r é g i o n s a r ides , l o r s q u e l a

nappe es t peu p ro fonde , une a l c a l i n i s a t i o n i m p o r t a n t E p e u t se p r o d u i r e

dans un sol même à p a r t i r d ' u n e .nappe peu s a X e , s i les c o n d i t i o n s d e

r emon tée c a p i l l a i r e s o n t bonnes, et s i le r a p p o r t d é p a s s e

l ' u n i t & .

Na Ca + Mg

C e t t e a l c a l i n i s a t i o n s 'accompagne d e ph6nomène.s annexes ,

Dans les e x p é r i e n c e s d e MASSOUMI, il a 6 t é observé une p r é c i p i -

t a t i o n du calcium à cer ta ins n iveaux du s o l ,

Au f u r e t à mesure que le CaSC s ' é c h a n g e a v e c le Na+ pendan t le

p r o c e s s u s d e remont&, l a c o n c e n t r a t i o n d e l a s o l u t i o n e n CaC+ augmente

g r a d u e l l e m e n t , e t e n r a i son d e l a p r é s e n c e d e l ' a n i o n S04--9 il se pro-

d u i t une p r é c i p i t a t i o n d è s que l a c o n c e n t r a t i o n dBpasse une c e r t a i n e

va leur c o r r e s p o n d a n t à l a l i m i t e de s o l u b i l i t é du su l f a t e de calcium-

Dans le s o l l imoneux l a p r é c i p i t a t i o n du S04Ca a l i e u p o u r les s o l u t i o n s

Na e t , d a n s le sol s a b l e u x l a p r é c i p i t a t i o n a d e r a p p o r t

lieu s e u l e m e n t pour le r a p p o r t - . 3 Ca + Mg 1

9 1

- 14 -

Dans le cas du s o l l imoneux le n i v e a u de p r é c i p i t a t i o n se s i t u e p l u s 9 7 I 3

b a s dans l a c o l o n n e pour le r a p p o r t - , que p o u r le r a p p o r t - . Dans le sol limoneux les v a l e u r s d '&change du Ca* e t du Na+ s o n t

p l u s i m p o r t a n t e s que dans le sol s a b l e u x , d 'où une p l u s f o r t e augmenta- Na t i o n de c o n c e n t r a t i o n en Ca"+. Dans l e cas du r a p p o r t

t i o n du Nae est p l u s intense, donc éga lement le passage de Ca* e n s o l u t i o n

est p l u s i m p o r t a n t , ce q u i provoque une p r e c i p i t a t i o n p l u s p récoce d e s u l -

f a t e d e calcium. Donc l a p r é c i p i t a t i o n du calcium dépend d e l a t e n e u r du

s o l en Ca é c h a n g e a b l e , de l a richesse en Na++ d e l a s o l u t i o n

p o r t a n c e du mouvement d e s s o l u t i o n s dans le s o l .

_ - l a f ixa - Ca + Mg - 1

e t d e 1'5"

Une n o u v e l l e e x p é r i e n c e es t a c t u e l l e m e n t en c o u r s à Bondy pour é t u d i e r

le problème d e l a p r é c i p i t a t i o n du c a r b o n a t e d e chaux, mais il y a t o u t l i e u

de p e n s e r qu ' en ra ison d e l a p l u s f a i b l e s o l u b i l i t é du c a r b o n a t e g l a p r é c i -

p i t a t i o n s ' o b s e r v e r a à un n i v e a u i n fé r i eu r à c e l u i c o n s t a t é pour l a p r é c i -

p i t a t i o n du s u l f a t e de chaux. h ' i n t é rac t ion c a r b o n a t e s u l f a t e sera é t u d i é e -

Dans cer ta ins s o l s à a l c a l i s d e s r é g i o n s a r i d e s on o b s e r v e d e f o r t s

q u i s o n t aussi conc ré t ionnemen t s calcaires d a n s les h o r i z o n s i n f é r i e u r s

les p l u s fortement alcalisés.-Les p r E c i p i t a t i o n s d e s su l f a t e s s ' o b s e r v e n t

à d e s n iveaux p l u s élevés. Cet o r d r e d e d é p ô t p e u t s ' o b s e r v e r éga lement

dans l e cas d e s é q u e n c e s l a t é r a l e s -

CONCLUSION

Les rEsu l t a t s exposés d a n s ce r a p p o r t m o n t r e n t que l e c o n t a c t d ' un

s o l avec une s o l u t i o n c h a r g é e e n sodium provoque géné ra l emen t une f ixa-

t i o n du sodium s u r le s o l p a r v o i e d ' échange .

Dans l e cas d ' u n e s o l u t i o n p u r e d e sel d e sodium, ce t t e d i x a t i o n

c r o î t a v e c l a c o n c e n t r a t i o n du sol, mais elle est r e l a t i v e m e n t f o r t e pour

les f a i b l e s t e n e u r s e t t e n d e n s u i t e vers un p a l i e r . La n a t u r e du c a t i o n

f i x é s u r l e sol e t l a n a t u r e d e l ' a n i o n en s o l u t i o n i n f l u e n t s u r l a f ixa-

t i o n o

- 1 5 -

Dans le c a s de s o l u t i o n s mixtes Ca++ - Mg'f - Na', c ' e s t e s s e n t i e l -

l ement l e r a p p o r t -'lak- q u i i n t e r v i e n t dans 1 2 f i x a t i o n - Cet te

f i x a t i o n commence pour d e s v a l e u r s a s s e z b a s s e s mais ne d e v i e n t i m p o r t a n t e

que l o r s q u e ce r a p p o r t d é p a s s e l ' u n i t é i pour une même v a l e u r du r a p p o r t s

l a c o n c e n t r a t i o n e n sel i n t e r v i e n t - En ce q u i concerne l ' a c c u m u l a t i o n du

sodium dans l e complexe a b s o r b a n t d ' u n s o l . i l f a u t s u r t o u t t e n i r compte

d e l a dynamique de l ' i o n Na' au c o u r s de son déplacement dans l e s o l 9 en

p a r t i c u l i e r dans le c a s du mouvement de remontGe c a p i l l a i r e . La f i x a t i o n

du Na' dépend de l a c o n c e n t r a t i o n des s o l u t i o n s , m a i s a u s s i de l a q u a n t i t é

d e s o l u t i o n q u i t r a v e r s e le s o l

h a u t e u r . L ' G q u i l i b r e des c a t i o n s e n s o l u t i o n i n t e r v i e n t ; le r a p p o r t Na

d o i t ê t re s u p é r i e u r à 1 au d é p a r t 9 mais c e t é q u i l i b r e s e m o d i f i e Ca .t Mg d ' u n e f a ç o n permanente en r a i s o n des phénomènes d 'échange . Les a n i o n s d e

l a s o l u t i o n peuvent i n t e r v e n i r , en p a r t i c u l i e r l e s u l f a t e e t l e carbo-

n a t e q u i i n s o l u b i l i s e n t le ca lc ium e t f a c i l i t e n t l a f i x a t i o n du sodium.

Ca++ + Mg'+

d ' o ù une f i x a t i o n d é c r o i s s a n t e avec l a

.).

L ' a l c a l i n i s a t i o n d ' u n sol peut se p r o d u i r e à p a r t i r d e s o l u t i o n s

r e l a t i v e m e n t d i l u é e s , à c o n d i t i o n que le sodium s o i t dominant e t que l e s

c o n d i t i o n s d e déplacement du l i q u i d e s o i e n t bonnes i l a p r é s e n c e de c a r -

b o n a t e , e t dans c e r t a i n s c a s de s u l f a t e , peu t f a v o r i s e r l ' a l c a l i n i s a t i o n .

Inve r semen t c e r t a i n s f a c t e u r s peuvent s ' o p p o s e r à l a f i x a t i o n d u

sodiump en p a r t i c u l i e r l a p r e s e n c e ou l ' a p p o r t de ca lc ium s o l u b l e , O U

e n c o r e t o u t o b s t a c l e à l a c i r c u l a t i o n de l ' e a u .

Nous n ' é t u d i e r o n s pas i c i l e s conséquences de l ' a l c a l i n i s a t i o n s mais

il e s t démontre q u ' e l l e provoque u n e d e s t r u c t i o n de l a s t ruc ture , une d i s -

p e r s i o n des c o l l o ï d e s accompagnée d 'une d i m i n u t i o n de p e r m 6 a b i l i t é f c e t t e

d é g r a d a t i o n e s t r a p i d e l o r s q u e le r a p p o r t -- Echangeable d é p a s s e 10 $ 9

mais elle p e u t commencer pour d e s v a l e u r s p l u s b a s s e s , 3 i3 5 YQ dans C e r -

t a i n s sols* Gette p e r t e d e p e r m é a b i l i t é e s t donc un f a c t e u r q u i s ' o p p o s e

2 l a p o u r s u i t e de l ' a c c u m u l a t i o n du sodium e t peut c o n t r i b u e r à l ' é t a -

b l i s s e m e n t d ' u n B q u i l i b r e .

Na Ca i- Mg

En sens i n v e r s e , u n s i m p l e phénomène de d i l u t i o n p a r l ' e a u douce ou

l ' e a u d e p l u i e provoque une d i m i n u t i o n du sodium échangeable , NËanmoins

l a f a i b l e p e r m é a b i l i t é d e s s o l s à a l c a l i s e s t u n o b s t a c l e à l e u r l e s s i -

vage e t e n conséquence à l e u r a m E l i o r a t i o n .

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