Floculation - Formation et structure des agrégats entre les chaînes de polyélectrolytes et colloïdes argileux

La floculation est un procede que l’on peut retrouver dans plusieurs applications au niveau industriel comme la fabrication du papier ou le traitement de l’eau. Il est necessaire de comprendre la formation et la structure des agregats flocules pour maitriser et optimiser un tel procede. La plupart des etudes sur la floculation implique des particules spheriques, impliquant ainsi un manque de connaissance sur la floculation de particules anisotropes comme par exemple des plaquettes de colloides argileux. C’est pour cela que dans cette etude, j’ai etudie la floculation d’une suspension d’argile type Montmorillonite dans l’eau par des polyelectrolytes cationiques modeles appeles ionenes. En utilisant ce systeme modele, il est possible d’etudier l’effet de la densite de charges des ionenes, la taille des plaquettes d’argile ou encore la longueur des chaines sur le mode de floculation et l’arrangement des chaines et des plaquettes au sein des agregats. Dans un premier temps, l’effet de la densite de charge des polyelectrolytes sur l’efficacite de floculation a ete etudie en combinant des mesures de turbidite et de potentiel zeta. Ces mesures ont permis de montrer que la densite de charge des ionenes influence le mode de floculation et les conditions de floculation optimale. La conformation des chaines depend de la densite de charge des ionenes et c’est pour cela que j’ai poursuivi l’etude par des mesures de diffusion de rayonnement aux petits angles afin de pouvoir correler l’effet de la conformation des chaines avec la structure des agregats a differentes echelles. La diffusion des rayons X aux petits angles a permis de montrer la presence d’organisation des plaquettes sous forme d’empilement face-face. Ensuite, cette technique a permis de souligner l’effet de la densite de charge sur la distance entre plaquettes dans les empilements. Pour les ionenes les moins charges, la formation de boucles de chaines des ionenes entre les faces d’argile induit les distances entre plaquettes les plus grandes au sein des agregats. Les differences de conformations des differents ionenes ont ete confirmees par diffusion de neutrons aux petits angles. Cette technique, sous la condition de variation de contraste, permet de sonder uniquement les chaines dans les agregats. J’ai egalement etudie le comportement des differents ionenes en solution aqueuse en absence des particules d’argile par diffusion de neutrons aux petits angles et RMN. Dans le domaine des hautes concentrations, ces systemes montrent clairement des differences d’interaction entre les chaines en fonction de la nature des contre-ions. L’evolution de ces interactions suit parfaitement la serie de Hofmeister.