I. — ARGILES

§ 1 . — Généralités.

Les argiles sont des roches terreuses, essentiellement composées de silice, alumine et eau. Leur propriété la plus importante est de faire pâte quand on les mélange avec l'eau ; elles prennent du retrait à la dessiccation. Sous l'action d'une température élevée elles perdent de l'eau, deviennent dures et se contractent.

L'argile n'est pas une roche primitive, c'est un produit secondaire provenant de la destruction de matériaux anciens, siiicatés et alumineux.

Parfois on la rencontre dans les dépôts primaires, au voisinage G.

de roches feldspathiques; on la trouve aussi dans les formations secondaires, en masses apportées par les eaux et jusque dans les alluvions les plus récentes. La première origine est la pins restreinte, mais elle donne les produits les plus purs, la seconde est la plus fréquente et ses dépôts sont extrêmement puissants.

Les argiles peuvent être plus ou moins mélangées de la roche mère qui leur a donné naissance, elles peuvent également avoir entraîné dans leurs déplacements des minéraux rencontrés sur leur chemin; on comprendra donc facilement que, suivant la lenteur et la nature des actions mécaniques ou chimiques, autrement dit suivant les phénomènes géologiques qui ont traversé la région de formation, on trouvera, dans la nature, des argiles qui, quoique dérivant d'un type général commun, pourront montrer des différences assez nombreuses par suite d'accidents secondaires. Ainsi les argiles se présenteront avec des colorations variées. Les argiles les plus pures sont blanches, mais le plus souvent les argiles sont plus ou moins grises, quelquefois bleues ou noires et fréquemment jaunes, rouges ou brunes. Ces diverses teintes sont dues aux matières étrangères retenues dans la masse et elles varient naturellement avec la proportion et la nature des impuretés.

On rencontrera également des plasticités différentes dans les argiles; la structure intérieure n'est pas la même pour toutes les terres et de plus les corps étrangers, mêlés à la matière argileuse, modifient la plasticité suivant leur état physique et leur composition.

Toutes ces différences dues à la coloration, à la plasticité, à la composition chimique de la masse n'empêcheront pas de rattacher ces roches à un type commun.

En effet, ces roches, comme nous le verrons plus loin, ont pour base un silicate d'alumine hydraté. Les corps additionnels que l'on rencontre n'ont pour effet que de limiter les usages des argiles en empêchant, par leur présence, leur emploi dans telle branche de l'industrie céramique.

Propriétés physiques. — L'argile plastique est grasse au toucher et brillante à la cassure; sa dureté est très faible.

ARGILES. 3

Elle se ramollit au contact de l'eau, absorbe ce liquide (une argile peut contenir jusqu'à 70 pour 100 d'eau sans dégoutter) et devient plastique.

Elle absorbe également d'autres substances telles que l'huile, les matières colorantes, les gaz. Un morceau d'argile immergé dans une solution de matière colorante s'imprègne de cette substance qui reste dans la masse argileuse lorsqu'on étend d'eau la liqueur.

Certaines argiles montrent une extrême perméabilité pour l'eau et ont à l'état humide une odeur particulière.

Une argile humide durcit et diminue de volume pendant la dessiccation; on appelle retrait cette contraction résultant du départ de l'eau. Celte contraction peut amener l'effritement de la masse si elle se produit rapidement, car, pendant que les portions externes se dessèchent et se contractent, les parties intérieures des blocs d'argile sont encore humides et ne suivent pas le retrait. Il en résulte des tractions qui amènent la production de fentes plus ou moins nombreuses, déterminant la destruction progressive du bloc et sa réduction en petits fragments. La gelée et le dégel produisent aussi le même effet, car les dilatations et contractions déterminent l'effritement des morceaux.

Le retrait provenant de la dessiccation varie avec la manière dont l'argile a été traitée et ce fait a son importance au point de vue du façonnage. Les pièces étirées prennent plus de i-etrait que les pièces fabriquées par compression : ceci ne demande pas d'explications et se conçoit aisément. Nous ferons remarquer, comme suite de cette observation, que toute inégalité dans les pressions supportées par la matière plastique pendant le façonnage amènera fatalement une déformation; les parties les plus serrées, devant prendre moins de retrait que les parties lâches, détermineront forcément un gauchissement.

L'argile séchée redevient plastique par une addition d'eau.

Action des réactifs. — L'acide fluorhydrique transforme les argiles en fluorures; la silice se dégage à l'état de fluorure de silicium. L'argile pure est totalement décomposée par l'acide

sulfurique chaud; l'acide chlorhydrique et l'acide azotique l'attaquent plus ou inoins complètement. Ce dernier réactif, à i,io de densité, chauffé à 210° en tube scellé avec un kaolin pur, le détruit totalement en 2 heures. L'action de l'acide chlorhydrique sans pression est plus lente; en chauffant entre 70° et 90" pendant 6 jours un kaolin du Limousin avec de l'acide de densité 1,10, on a trouvé 98,4 pour 100 de matière soluble, alors qu'un traitement complet préalable à l'acide sulfurique en avait indiqué 94 pour 100.

Les diverses argiles se comportent de même sous l'action des acides, la partie essentiellement argileuse est attaquée par l'acide sulfurique chauffé jusqu'à émettre des vapeurs; l'acide azotique sous pression et l'acide chlorhydrique à la pression ordinaire agissent de même. L'acide chlorhydrique nécessite seulement un contact prolongé pour donner une décomposition, totale de la matière soluble.

Certains anhydrides attaquent les argiles, par exemple l'anhydride borique; par l'action du silicate sur l'anhydride borique, il y a formation d'une masse vitreuse plus altérable par les réactifs que le silicate primitif.

Les alcalis en fusion, les lei-res alcalines et les carbonates correspondants transforment les argiles en silico-aluminale& alcalins et alcalino-lerreux solubles dans les acides.

Si l'on soumet les argiles à l'action d une solution de potasse caustique de densité 1,08, à l'ébullition on constate (\u'\\ y a décomposition et, par plusieurs traitements successifs, on peut arriver à décomposer une grande partie de la matière argileuse.

Les fluorures acitles se comportent comme l'acide fluorhydrique.

Les bisulfates fondus ont une action analogue à celle de l'acide sulfurique.

Certains oxydes métalliques réagissent aussi sur les argiles à une température voisine du rouge; tels sont l'oxyde de plomb, l'oxyde de bismuth, par exemple.

En général, toutes les matières capables d'apporter les éléments d'un silicate basique altèrent les argiles sous l'influence de la chaleur et donnent des silicates complexes, relativement

ARGILES

fusibles. Beaucoup des impuretés que renferment les argiles sont dans ce cas (roches alcalines, composés ferrugineux, calciques ou magnésiques) et leur présence a pour effet d'abaisser le degré réfractaire de l'argile.

Chauffée dans le petit tube au chalumeau, l'argile se brise. Elle donne une coloration bleue avec le sulfate de cobalt.

Action de la chaleur. — Soumise à l'action d'une température suffisante pour la déshydrater complètement, l'argile devient dure et sonore. Celte température est comprise entre 700° et 800° pour les argiles à base de kaolinite L'argile déshydratée perd sa plasticité et reste sans action vis-à-vis de l'eau; il est impossible d'hydrater ce nouveau silicate.

La solubilité dans les réactifs a diminué; l'argile cuite ne se laisse plus attaquer qu'imparfaitement par les acides. Un kaolin qui contenait 97.4 pour 100 de matière soluble, après avoir été porté à 1000°, n'a plus abandonné à l'acide chlorhydrique, dans les conditions énoncées plus haut, que 33,5 pour 100.

Un second retrait accompagne le départ de l'eau de constitution. Après cuisson, la matière, s'étant transformée en un autre silicate, a pris des propriétés nouvelles. Ce silicate anhydre prendra du retrait sous l'action du feu et la contraction variera avec la température à laquelle il a été porté; elle suivra l'ascension de la température.

Les argiles pures sont réfractaires. Il n'en est pas de même des argiles communes; le plus souvent les impuretés amènent de la fusibilité par suite de la formation de silico-aluminates avec les bases contenues dans les corps étrangers. Les oxydes de fer provenant des pyrites et la craie que l'on rencontre dans beaucoup d'argiles diminuent considérablement le pouvoir réfractaire et rendent ces matériaux complètement impropres à supporter une température un peu élevée.

Les argiles non réfractaires prennent, sous l'action de la chaleur, un grand retrait, car, une fois déshydratées, elles conti-

(') Le Chatelier, Comptes rendus, t. Cl\ , p. i445 bulletin de la

Société Chimique, 1887, t. I, p. 918; t. II, p. 116.

nuent à se contracter si on les porte à une température qui n'est pas trop éloignée de leur point de fusion. Les molécules se rapprochent et forment une masse serrée.

En même temps que les argiles changent de nature chimique sous l'influence de la chaleur, elles se colorent plus ou moins pendant la cuisson. Le fer est le principal agent de cette coloration et, suivant que l'atmosphère a été réductrice ou oxydante pendant l'opération, la masse devient grise, verte, jaune ou rouge. L'intensité de la teinte varie avec la richesse en composés du fer. Le fer n'est pas le seul agent colorant, le titane et le vanadium se rencontrent fréquemment dans les gisements, mais toujours en très petite quantité, surtout le dernier de ces éléments. L'acide titanique pur n'est pas un colorant par lui-même, mais, en présence du fer, il donne des jaunes roux; l'acide vanadique ne se manifeste pas forcément immédiatement, mais il vient ressuer à la surface en taches d'un vert jaune. En résumé, tous les oxydes colorés ou capables de donner des combinaisons colorées avec des corps renfermés dans l'argile manifesteront leur présence après cuisson s'ils sont en quantité suffisante. En général, les composés du fer dominent et les colorations données par ce dernier métal sont surtout celles que l'on observe.

Les matières organiques n'ont pas d'influence au point de vue de la coloration après cuisson, car elles se détruisent naturellement sous l'action de la chaleur. Néanmoins, comme l'argile, et en particulier l'argile rouge, absorbe facilement le carbone divisé, par un enfumage convenable, on peut obtenir des terres cuites noires, devant leur coloration au carbone incorporé.

Constitution physique. — Quelques argiles, vues avec un grossissement suffisant, laissent voir une forme cristalline, d'autres ont l'apparence de fragments informes ou de particules extrêmement fines. Les argiles les plus divisées, dont les particules sont formées de cristaux rompus en grande partie, sont celles qui ont parcouru le chemin le plus long depuis le lieu de leur formation jusqu'au dépôt actuel; elles sont plus plastiques

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que les kaolins purs (ces derniers n'ont pas été déplacés et on les retrouve sur les lieux d'origine) dont la structure cristalline est reconnaissable sans aucun doute. Dans toutes les argiles où l'on a vu des cristaux on a reconnu des lamelles hexagonales qui sont souvent groupées en faisceaux prismatiques.

Pour Schumacher {') l'argile est formée de particules irrégulières et la plasticité se trouve liée à la dimension de ces débris. Les particules ont des dimensions très faibles dans les argiles grasses, et au contraire leur texture est grossière dans les kaolins anglais (China-clay) et surtout dans les Peper-Clay, qui sont peu plastiques.

Nous ne nous étendrons pas outre mesure sur cette question, qui est plus du ressort de la Minéralogie et de la Géologie que de la Céramique, et nous donnerons pour terminer les résultats d'un travail de Hussak. En examinant sous le microscope de la kaoliniie, trouvée à Denver (Colorado), dans la National Belle Mine sur les fissures des excavations d'un trachyte, et des kaolins connus d'Angleterre, de France et de Bohême, ce savant en a conclu que : la kaolinite est monoklinique, les cristaux se rapprochent beaucoup par leurs angles du système hexagonal et se présentent sous forme de tables surmontées de dômes ou de pyramides. Les cristaux un peu épais présentent des fissures correspondant, non à des déchirures, mais à des directions de clivage.

Dans les kaolins qui, comme nous le disions, n'ont pas été déplacés, on retrouve facilement cette structure lamellaire. Après lavage il n'est plus possible de retrouver cette texture régulière, les lamelles sont déplacées, choquées et brisées.

Les argiles de sédiment ont la forme de débris courts et interrompus, disposés en plans parallèles dont la direction est celle de la stratification. Ces couches commencent souvent sur une grande épaisseur et se terminent en feuilles minces qui se distinguent à peine des schistes.

Dans cette dernière série, les schistes argileux, l'argile est sèche, dure et compacte, sans trace de plasticité.

(>) Sprechsaal, i885, n° 24, p. i83.

o CHAPITRE I. — YIATIÈIJES PLASTIQUES.

Formation des argiles. — Les argiles proviennent de la destruction de minéraux silicatés et alumineux soumis à des actions chimiques et mécaniques. L'action combinée de l'eau et du gaz carbonique est un puissant agent de désagrégation ; l'eau chargée d'acide carbonique a des propriétés différentes de celles de l'eau pure, comme on le sait, aussi peut-elle servir de véhicule pour éliminer certaines matières. La destruction de la roche est accompagnée de réactions secondaires provoquées par l'arrivée sous forme soluhle d'alcalis, de chaux, de magnésie, d'oxydes de fer, de manganèse, etc. Le terme de la réaction est la formation de composés aluminiques hydratés et silicatés. Les corps ainsi produits ne sont presque jamais purs, ils renferment des minéraux accessoires et des débris des roches mères. On conçoit facilement quelle peut être la variété des corps ainsi produits, étant donnée la variété des roches primitives mises en jeu et leur état de désagrégation variable avec les actions mécaniques qu'elles ont subies; les variations de température, le frottement et l'usure provenant de matériaux traînés par l'eau, le gel et le dégel sont autant d'agents influant sur le résultat final.

Dans l'état actuel de la Science, il est difficile de décrire avec une absolue certitude tous les phénomènes de la transformation des roches en argile, ou kaolinisation. Nous savons que les roches qui contiennent soit du feldspath, soit des silicates basiques tels que le pyroxène et l'amphibole, sont attaquées par les eaux chargées d'acide carbonique. 11 se fait des carbonates alcalins ou alcalino-terreux qu'on reconnaît à l'effervescence de la roche quand on la traite par les acides; les silicates alumineux donnent naissance à un produit analogue au kaolin {^), d'oii le nom de kaolinisation, attribué à ce mode d'altération des roches. D'ailleurs les silicates alcalins, en se transformant en carbonates, abandonnent de la silice et, si le passage des eaux d'infiltration est assez rapide pour qu'elles ne puissent pas enlever celte silice par dissolution à mesure qu'elle se sépare, on la voit demeurer dans la roche altérée. Lorsque celle-ci con-

(') Ebelmen, Comptes rendus, t. XX, p. i4i5.

ARGILES

tient des grains de quartz ces derniers restent inatlaqués, mais la kaolinisatioii du feldspath qui les entourait et l'entraînement par les eaux, de l'élément argileux ameubli laissent le quartz en grains isolés et c'est ainsi que, sous la seule influence des eaux d'infiltration, la plupart des roches granitiques se transforment en arènes. Ce qui prouve bien que la kaolinisation des roches granitiques est l'œuvre de l'air humide, aidée par les variations de température de l'atmosphère, c'est qu'elle ne se produit pas d'une manière appréciable en Egypte.

Dans ce pays, favorisé d'un climat très égal et absolument sec, le granit se conserve à travers les siècles sans altération sensible; au contraire, à Saint-Pétersbourg, cette roche, môme quand elle a été polie, se détériore très rapidement. Il importe d'observer qu'en parlant de la kaolinisation des roches feldspa- Ihiques nous n'entendons nullement attribuer aux eaux d'infiltration la formation des grands gisements de kaolin, tels que ceux du Limousin. Ces gisements sont en rapport intime avec certaines roches cristallines et doivent être considérés comme contemporains de l'éruption de ces dernières.

La kaolinisation due aux eaux météoriques est purement superficielle et, si elle peut avoir donné naissance, çà et là, à quelques veines d'une ai^gile assez pure pour mériter le nom de kaolin, il y a loin de ces formations très restreintes aux grands gisements exploités pour la fabrication de la porcelaine.

On trouve dans certains ouvrages des jeux de formules destinés à interpréter la transformation des roches, du feldspath par exemple, en kaolin. Comme aucune vérification n'a été faite de ces spéculations nous ne les reproduirons pas.

La présence du kaolin dans le voisinage des gîtes stannifères a été signalée fréquemment par les géologues. Ces dei^niers ont été amenés à penser que l'altération de la roche mèi^e était due à l'action de l'acide fluorhydrique. M. Daubrée a pleinement adopté cette manière de voir et maintenant cette opinion est classique, o/i la trouve exposée dans les Traités de Géologie {^).

II est difficile d'enfermer la question de la formation des

( ' ) De Lapparent, Traité de Géologie.

lO CHAPITRE I. — MATIÈRES PLASTIQUES.

argiles dans un cercle bien étroit. Nous ne possédons pas encore de détails sur le processus chimique qui a déterminé Tallération de la roche; nous ne pouvons pas être plus affirmatif sur l'élément rocheux qui donne naissance à la kaolinile. Brongniart dit avoir rencontré des cristaux de feldspath entièrement changés en matière kaolinique, mais nullement déformés.

Nous savons cependant que les argiles kaoliniques, argiles qui se trouvent sur le lieu même de leur formation, ne se reucontrent que dans les terrains primitifs. Ce sont surtout les terrains granitiques qui constituent le vrai gîte des kaolins (Sainl-Yrieix, Louhossoa, les Pieux, Aue, Zettlitz); toutefois dans les massifs de porphyre (Morl, Seilitz) et de gneiss (Saint- Yrieix) peuvent se trouver encore des gisements kaoliniques. Les couches diori tiques ne sont pas non plus exemples de kaolins; dans les environs de Passau (Bavière) se trouvent des gisements de ce genre.

Les argiles de sédiment se distinguent des argiles primaires par leur éloignement de leur lieu de formation. Les phénomènes géologiques produits après leur naissance les ont entraînées et ont amené leur dépôt dans des régions éloignées, comme c'est le cas des argiles plastiques.

Nous verrons plus loin que, si nous connaissons encore mal la nature des marnes, nous savons peu de choses sur leur origine.

L'étude détaillée de la formation des argiles n'étant pas du domaine d'un ouvrage industriel, nous nous bornerons à ces quelques indications (').

§ 2. — Etude des diverses sortes d'argiles.

Les argiles se présentent avec des états physiques et chimiques très différents. Dans les unes, la plasticité est très développée. La matière sèche donne une masse tendre, grasse au toucher, se polissant au frottement de l'ongle et happant à la

(') On peut consulter à ce sujet : Ebelmen, Ann. des Mines, i845 et 1847; De Lapparent, Géologie, i885, p. 328, etc.