FAQ
Origine du mot "zéolithe"
En 1756, le minéralogiste Baron Crönstedt découvrit la Stilbite. Ce minéral, sous l'effet de la chaleur perdait de l'eau et donnait l'impression de bouillir. Crönsted le baptisa "zéolithe", du grec "zeo", qui veut dire "bouillir" et "lithos" qui signifie "pierre". Depuis cette première découverte, la famille des zéolithes s'est agrandie.
Zéolithes naturelles ou synthétiques ?
On compte plus de 170 zéolithes mais seulement une trentaine existe à l'état naturel. Toutes les autres ont été obtenues artificiellement dans des laboratoires et nombreuses sont celles produites industriellement, on les appelle "zéolithes synthétiques".
Les zéolithes naturelles sont à l'origine des cendres volcaniques qui se sont reconstituées en roche. Parmi la trentaine de zéolithes naturelles, seulement sept existent dans des gisements suffisamment importants pour être exploités à grande échelle dans des carrières.
La pureté et la nature des impuretés qui varient d'un gisement à l'autre, ont un rôle déterminant sur les propriétés physico-chimiques de la zéolithe naturelle.
Zéolithe ou tuff zéolitique ?
Dans le cas des zéolithes naturelles, les minéralogistes ont adopté la méthode qui consiste à donner à la roche le nom du minéral dont elle se compose majoritairement à condition qu'elle en contienne au moins 50%. Ainsi on nommera clinoptilolithe, mordénite ou chabazite toute roche composée au moins à moitié d'un de ces minéraux de la famille des zéolithes.
Comme pour toute matière naturelle, il n'existe pas de constance de qualité d'un lieu à un autre. La pureté varie presque toujours d'un gisement à un autre, c'est pourquoi on peut trouver sur le marché des matériaux contenant de 55 à 85% de clinoptilolithe !
Les autres minéraux qui composent la roche que l'on pourrait qualifier "d'impuretés" ont une importance capitale. Selon leur nature et leur concentration elles conditionnent la roche et son champ d'application. Par exemple, on peut trouver deux roches issues de deux gisements présentant une teneur identique en une même zéolithe mais inapplicable dans les mêmes domaines.
On parlera de tuff zéolitique dans le cas d'une roche ne contenant pas plus de 50% d'une zéolithe donnée. Les performances pour l'horticulture, de ce tuff sont généralement améliorées du fait de la présence de zéolithe(s) mais elles sont nettement inférieures à celles d'une véritable zéolithe.
Définition et structures des zéolithes
Les Zéolithes sont des aluminosilicates du groupe minéral des silicates et du sous-groupe des tectosilicates. Ce ne sont pas des argiles qui, bien que faisant aussi partie des silicates, appartiennent à un autre sous-groupe.
Leur structure est un arrangement tridimensionnel de tétraèdres SiO4 et AlO4 liés entre eux par les atomes d'oxygène. Dans le cas du tétraèdre AlO4, l'atome d'aluminium de valence III est chargé positivement (3 +) et est entouré par quatre atomes d'oxygène apportant chacun une charge négative. Le tétraèdre AlO4 présente donc une charge négative excédentaire qui doit être contrebalancée par un cation. La formule générale des zéolithes s'écrit de la façon suivante : M2/nO Al2O3 xSiO2 yH2O. M est le cation, de valence n, qui assure l'électroneutralité de l'ensemble. Il s'agit, généralement, d'un métal alcalin ou alcalino-terreux (Na+, Ca+, K+) mais il peut être aussi un métal lourd (plomb, cuivre, nickel, cobalt, césium…), non-métallique (H+, NH4+) ou organique. Les zéolithes sont des échangeurs de cations.
L'agencement des tétraèdres SiO4 et AlO4 conduit à la formation d'unités, telles que la cage sodalite et la cage pentasil, qui se disposent ensuite pour former une structure composée de canaux, de cages, de cavités et de pores. Les zéolithes sont des minéraux microporeux.
La microporosité des zéolithes confère à ces minéraux une très grande surface spécifique variant de 20 à 800 m2/g. Selon le type de zéolithe, la taille et la forme des espaces (cages) varient de 6,6 Å à 13 Å et celle des fenêtres (pores et canaux) varient de 2,5 à 20 Å.
Applications des zéolithes
Les propriétés physico-chimiques des zéolithes, minéraux les plus complexes du règne minéral, vont déterminer leurs domaines d'application (nutrition animale, traitement des eaux, adsorption des gaz, industrie papetière, nucléaire, pétrochimie, etc).
On répertorie près de 300 domaines d'applications des zéolithes tous types confondus. Dans le cas des zéolithes naturelles, l'agriculture représente 70% de la consommation mondiale (litière animale, alimentation animale, horticulture, amendement des sols). les 30 % restants sont répartis dans divers domaines : traitement de l'eau, traitement des odeurs, des supports pour pesticides, traitement des gaz, catalyse, matériaux de construction, aquaculture, etc.
Les zéolithes synthétiques sont appliquées dans de nombreux domaines industriels (catalyse, adsorption de gaz, production d'azote et d'oxygène), cependant l'essentiel de la production mondiale rentre la formulation de détergents et autres lessives.