Capacité d'échange cationique

PC 10 - Évaluation de la capacité du sol à retenir des éléments minéraux.

Résumé

Les éléments minéraux sont imités par du bleu de méthylène. En évaluant la capacité du sol à retenir un volume de molécules de bleu de méthylène il est possible d'estimer la capacité d'absorption ionique des argiles.

Question posée

Est-ce que le sol est riche en argiles capables de stocker des éléments minéraux ?

Principe

La mesure consiste à introduire par doses successives, dans une suspension d'eau et de sol, des quantités croissantes de bleu de méthylène jusqu'à saturation des particules argileuses. Après chaque nouvelle introduction, un "test à la tache" est réalisé. La persistance d'une auréole bleu clair autour d'une tache indique la fin de la mesure. La quantité de colorant utilisée pour arriver à saturation (apparition et persistance de la tache) permet de calculer la valeur de bleu correspondant à la quantité de bleu absorbée par kg de sol sec tamisé.

Condition de mise en oeuvre

La mesure s'effectue annuellement, sans condition particulière de mise en oeuvre, elle peut être réalisée à tout moment de l'année.

Matériels et fournitures

• tamis de maille 2 mm + réservoir

• spatule

• agitateur à ailettes pouvant atteindre 600 tr/min

• récipient dont le diamètre est supérieur à celui des ailettes

• burette graduée de 100 mL ou distributeur sur flacon (doses de 2 et 5 mL)

• tige en verre

• support type boite de Pétri

• papier filtre (densité 95 g/m2 ; épaisseur 0,2 mm ; porosité 8 μm)

• chronomètre

• eau déminéralisée

• solution de bleu de méthylène à 10 g/L

Réalisation de la mesure

1. Tamiser l'échantillon de 200 g de sol et conserver uniquement la fraction < 2 mm. L'échantillon peut être pré-séché à moins de 45°C pour faciliter le tamisage.

2. Préparer 2 sous échantillons

   1. Echantillon n°1 : prélever 100 g de sol sec tamisé et mesurer sa teneur en eau. Noter la masse fraiche puis la masse sèche de l'échantillon après passage à l'étuve.

   2. Echantillon n°2 : prélever 20 g de sol sec tamisé et noter sa masse fraiche.

3. Remplir la burette/le flacon avec la solution de bleu de méthylène préalablement homogénéisée. Placer le papier filtre sur la boite de Pétri.

4. Dans le récipient : verser 50 mL d'eau déminéralisée et ajouter l'échantillon n°2. Mélanger à l'aide de la spatule.

5. Mettre en place l'agitateur. Placer les ailettes à 1 cm du fond du récipient, les centrer. Régler l'agitateur sur la vitesse minimale. Le mettre en marche pour atteindre la vitesse de 600 tr/min. Le laisser fonctionner pendant 5 minutes puis diminuer sa vitesse à 400 tr/min.

6. Ajouter 5 mL de solution de bleu de méthylène dans le récipient.

7. Après 1 minute, réaliser le "test à la tache" : déposer une goutte de la solution contenue dans le récipient sur le papier filtre, à l'aide de la tige en verre. La quantité de solution prélevée doit permettre d'obtenir un dépot, une "tache", de 8 à 12 mm de diamètre.

8. Renouveler les étapes 6 et 7 jusqu'à ce qu'une auréole bleu clair de 1 mm apparaisse autour du dépot central.

9. Lorsque ce stade est atteint, continuer l'agitation sans ajout de colorant et effectuer le "test à la tache" toutes les minutes. Si l'auréole disparait pendant les 4 premières minutes, ajouter une autre dose de 5 mL. Si l'auréole disparait à la 5e minute, ajouter seulement 2 mL de colorant. Dans tous les cas, continuer l'agitation et les tests jusqu'à ce qu'une auréole reste visible pendant 5 minutes.

10. Noter la quantité de colorant utilisée.

Exploitation des données

Traitement des données

Calculer la masse sèche (M) en g de l'échantillon n°2 d'après la formule suivante :

$$M = m / (1 + W / 100)$$

m : masse fraiche de l'échantillon n°2 (g)

W : teneur en eau de l'échantillon n°1

Calculer la valeur de bleu (VB) en g/kg de sol tamisé d'après la formule suivante :

$$VB = (v/M) * 10$$

v = quantité de colorant utilisée (mL)

Interprétation des données

La valeur de bleu est proportionnelle au pourcentage d'argiles actives. Plus elle est élevée plus le sol est riche en argiles actives capables de fixer les cations en solution. Les argiles actives confèrent au sol la capacité de stocker de l'eau et des éléments minéraux.

Références

Al Majou, H., Duval, O., & Josière, O. (2007). Étude des propriétés de rétention en eau des sols argileux. In 5ème Colloque du Groupe Français des Argiles (p. 2p). GFA.

Lautrin, D. (1987). Une procédure rapide d'identification des argiles. Bulletin de liaison Laboratoire des Ponts et Chaussées, Paris, 75-84.

Norme AFNOR - NF EN 933-9+A1 Avril 2013 – Essais pour déterminer les caractéristiques géométriques des granulats – Quantification des fines – essai au bleu de méthylène.

http://wikhydro.developpement-durable.gouv.fr/index.php/Wikigeotech:Le_bleu_de_m%C3%A9thyl%C3%A8ne