DÉFINITION DE LA ZÉOLITE
En 1756, le minéralogiste Baron Crönsted découvrit la Stilbite. Dans des conditions de chauffage rapide, ce minéral semblait bouillir en raison de sa perte d’eau. Crönsted l’a nommé « zéolite », du grec « zeo », qui signifie « bouillir » et « lithos », qui signifie « pierre ». La famille des zéolithes s’est développée depuis cette première découverte et compte parmi les minéraux les plus nombreux sur Terre. Quelque deux cents types de zéolithes sont actuellement connus dont quarante qui sont naturels.
Après plusieurs centaines de milliers d’années, les zéolithes naturelles se sont formées à partir de cendres volcaniques déposées dans les mers ou les lacs. Au fil du temps et en raison de l’environnement alcalin, les cendres se sont altérées et cristallisées jusqu’à devenir des zéolithes. Les zéolithes naturelles sont exploitées dans des mines à ciel ouvert. La première zéolite a été synthétisée en 1862 mais ce n’est qu’en 1956 qu’une zéolite synthétique qui n’existerait pas dans un environnement naturel a été produite.
Les zéolites sont des aluminosilicates hydratés. Leur structure consiste en un cadre tridimensionnel de tétraèdres AlO4 et SiO4 coordonnés par des atomes d’oxygène. Les zéolithes sont des échangeurs de cations.
Les zéolithes sont utilisées dans une multitude d’applications qui peuvent être regroupées en quatre domaines principaux :
- Adsorption / Désorption des liquides et des gaz.
- Mémorisation de l’énergie.
- Échange de cations.
- Catalyse.
Zéolithe Naturelle en Granulés
Zéolithe Synthétique en… Bille
Propriétés des zéolithes
Adsorption de gaz
Les zéolithes peuvent adsorber des molécules organiques et minérales en phase gazeuse sans aucune
modification de leur structure. Cette adsorption est due à leur haute surface spécifique
(40 à 800 m2/g) à certains effets de surface hydrophobes-hydrophiles et à
leur structure. Les zéolithes sont utilisées dans le traitement des gaz industriels ainsi qu’en
cas de nuisances olfactives.
Tamis moléculaires
Les pores des zéolithes, de diamètre constant, ne laissent passer que les plus petites molécules par leurs ouvertures intérieures. De ce fait, elles permettent une séparation sélective de mélanges gazeux ou liquides : ce sont des tamis moléculaires.
Adsorption / désorption de l’eau
Certaines zéolithes ont une grande affinité pour l’eau.Cela se traduit par une capacité d’adsorption qui peut atteindre 30% en poids sans aucune modification de volume. La régénération se fait par élimination de l’eau grâce à des effets de pression et/ou de température. Dans d’autres conditions de traitement, l’eau adsorbée revient naturellement lorsque le milieu est trop sec. Cette réversibilité de l’adsorption d’eau en fonction de l’équilibre hydrique fait des zéolithes de parfaits stabilisateurs d’humidité.
Adsorption des liquides organiques et des minéraux
Comme pour les gaz et l’eau, les zéolithes peuvent adsorber des molécules organiques ou minérales dans la solution aqueuse ou non. Cette adsorption est spécifique à chaque zéolithe. Cette propriété permet l’application des zéolithes dans le traitement des effluents chargés en pesticides, en chlore organique ou en hydrocarbures.
Capacité d’échange cationique
Le cation en charge de la neutralité électronique de la structure zéolitique peut être échangé. Il s’agit d’un échange sélectif de cations en fonction de l’affinité de la zéolithe pour le cation remplaçant. La capacité totale d’échange de cations et la sélectivité sont spécifiques à chaque type de zéolithe. Cette propriété rend les zéolithes particulièrement utiles et efficaces comme aucune autre pour l’élimination des cations ou pour réaliser le contrôle de leur concentration dans les eaux potables et usées, pour l’aquaculture, l’agriculture et de nombreux autres domaines.
Catalyse
Dans leur structure interne, les zéolithes peuvent présenter des sites capables de catalyser des réactions chimiques. Cette propriété est largement utilisée en pétrochimie et permet de nombreuses réactions de réduction, d’oxydation ou d’acide-base. Dans la mesure où les réactions se produisent dans la structure zéolitique, seules les molécules nécessitant un espace plus petit que celui offert par les cavités peuvent être formées. Les zéolithes effectuent donc une sélectivité de forme sur les produits de la réaction.
Stockage et retour d’énergie
En ce qui concerne les zéolithes, l’adsorption d’eau se produit en même temps qu’un dégagement de chaleur. Le cycle d’adsorption/désorption peut être renouvelé à l’infini et la chaleur transférée par des compresseurs ou des liquides de refroidissement. Cette propriété permet de refroidir ou de chauffer selon le principe de la pompe à chaleur.