Capacité d'échange cationique : une méthode calculatoire ?

[Dakey]

Bonjour à tous !

Je travaille actuellement sur la caractérisation d'un sol semi-aride, et possède pour chaque échantillon les teneurs (en ppm) de quatre cations : les ions calcium, magnésium, potassium et sodium.
Ma question est la suivante : existe-t-il un moyen calculatoire d'obtenir la CEC (Capacité d'Echange Cationique) d'un sol, à partir de ces concentrations ?
Je n'ai trouvé en bibliographie que des méthodes laborantines, que je ne peux pas appliquer de mon côté.

Voilà ce que j'ai compris de cette fameuse CEC :
Le complexe argilo-humique permet de retenir les cations échangeables (Ca2+, K+, Mg2+, Na+…) dans le sol : il s’agit de la capacité d’échange cationique, dont l’indice est proportionnel au nombre de charges négatives dans 100mg de sol. Cette notion est directement corrélée à la fertilité, car il s’agit de la source nutritive principale des plantes.

Merci d'avance pour votre aide ! J'en aurais bien besoin ..
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[moco]

Bonjour,

La capacité d'échange s'exprime en général en millimole par gramme de matière.
Imaginons qu'un échantillon de terrain a une capacité d'échange de 2 millimoles de cation, par gramme de sol.
Cela signifie que 100 mg de sol retient 0.2 millimole de cation M⁺, et 0.1 mole de cation M²⁺. Donc il retient 2.43 mg de Magnésium Mg²⁺, ou 4.0 mg de calcium Ca²⁺, ou 8.0 mg de potassium K⁺. Ces ions restent fixés sur les acides humiques et l'argile du sol, et peuvent ultérieurement être récupérés par les plantes qui croitraient dans ce sol.
Bien sûr que les ions négatifs correspondants restent dans le sol. Mais ils n'interviennent pas dans le fonctionnement de l'échange d'ions positifs.

[Dakey]

Bonjour moco,

Merci pour ta réponse.
Je dois donc pouvoir exprimer la capacité d'échange de mon sol en terme de millimoles de cations par gramme de sol.

Dans mon cas, j'ai les teneurs en potassium (40 ppm en moyenne), calcium (100 ppm en moyenne), magnésium (100 ppm en moyenne) et sodium (2300 ppm en moyenne). Ces concentrations sont exprimées sur la base de la matière séchée à 105°C.

Si je pige bien le problème, en prenant le calcium pour exemple, je dois convertir 100 ppm / gramme en millimoles / gramme, soit ... 0.0025 mmol / gramme, puisque la masse molaire du calcium est égale à 40.1 g/mol.
Ensuite, je dois ajouter la valeur obtenue pour mes quatre cations, et j'aurai la CEC de mon sol en mmol par gramme !

J'ai toutefois l'impression que ce n'est pas si simple. L'histoire du cation M+, par exemple, je ne l'ai pas comprise :/

[moco]

Bonjour,
Qu'est-ce que tu appelles "l'histoire du cation M⁺" ? A ma connaissance, les cations n'ont pas d'histoire. Mais peut-être veux-tu te référer au problèmes de la charge qui est 1 pour les cations comme Na⁺ et K⁺, mais qui vaut 2 pour Mg²⁺ et Ca²⁺. Et ce coefficient 1 ou 2 intervient dans le calcul de la capacité d'échange.
Je prends ton exemple pour illustrer mes propos, en changeant un peu tes chiffres, car ils ont l'air ont l'air d'avoir été pris pour obtenir des résultats simples.
Et je vais choisir 1 g de sol. Dans ce cas 1 ppm = 1 microgramme = 1 ug. Je vais aussi parler de millimole (abrégé mmol) et de micromole (abrégé umol)

Si la teneur en sodium Na est de 2600 ppm, cela signifie que 1 g de terre contient 2600 ug Na, donc 2600/23 = 113.0 umol Na
Si la teneur en potassium K est de 43 mg, cela signifie que 1 g de terre contient 43 ug K, donc 43/39 = 1.1 umol K
Si la teneur est calcium est de 104 ppm, cela signifie que 1 g de terre contient 104 ug de Ca, donc 104 ug/40 = 2.6 umol de Ca.
Mais attention ! Pour se fixer sur l'acide, l'ion Ca²⁺ a réagi avec 2 molécules d'acide humique que j'abrège HX. Donc la capacité d'échange de l'acide humique est 2 fois plus grande que la quantité d'ion calcium fixé sur cet acide humique. En effet le dit acide humique HX réagit ainsi avec Ca²+ :
2 HX + Ca²⁺ --> CaX₂ + 2 H⁺

Donc si ton sol a fixé 2.6 umol de Ca, cela signifie qu'il avait au départ une capacité d'échange de 5.2 umol par gramme. Et qu'il faut sacrifier 2 micromoles de HX pour fixer 1 umole de Ca²⁺.

C'est pareil pour le Magnésium, qui est aussi chargé 2+. Si le sol contient 100 ppm Mg par gramme, cela signifie que 1 g de terre contient 100 ug Ca, donc 100 ug/24.3 = 4.1 umole de Mg. Comme pour le calcium, la capacité d'échange du Mg est donc le double, soit 8.2 umole

La capacité totale d'échange de ton sol est la somme de ces capacités d'échange partielles.
C'est donc = 113.0 + 1.1 + 5.2 + 8.2 umol/g = 127.5 umol/g.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Dakey]

Merci moco,

C'est très clair, j'ai pu appliquer tous ces précieux conseils à mes analyses.
Ensuite, je convertis mes résultats en mEq/100 g grâce à ce lien : http://www.fao.org/docrep/t0323e/t0323e0d.htm
Puis je caractérise ma CEC avec ce lien : http://www.lano.asso.fr/web/capacite...ationique.html

Je les mets ici pour que d'autres puissent résoudre le problème, s'il se pose à eux !

Merci encore

[Dakey]

Bonjour bonjour !

Je me permets de relancer cette discussion.
Un détail me dérange : les cations "consommés" par des minéraux solubles tels que la halite (NaCl) ou la calcite (CaC03) sont-ils considérés dans la mesure de CEC ?

Grâce aux conseils déjà donnés sur cette conversation, j'ai pu déterminer une CEC pour mon sol. J'ai effectué les calculs sur la base des concentrations en cations (Ca, Mg, Na, K) de la fraction soluble du sol (filtrat). Cependant, ces cations ne sont pas tous fixés sur le complexe argilo-humique, puisque des minéraux de halite et de calcite sont présents : est-ce que cela "fausse" le calcul ?

Merci de votre aide

[moco]

Bonsoir,
On ne comprend pas ce que tu veux savoir. Tu dis que certains cations sont "consommés" par des minéraux solubles comme la halite NaCl ou la calcite CaCO3. Cela n'a pas de sens. Les cations ne peuvent pas être "consommés" ni par l'un ni par l'autre de tes produits, comme tu le dis. Ils peuvent être éventuellement émis par NaCl, mais pas consommés. Sans compter que la calcite est si peu soluble dans l'eau qu'elle peut fort bien être considérée comme insoluble.

[Dakey]

Pardon, je vais tenter d'être plus clair

J'ai réalisé des filtrats à partir d'échantillons de sol, puis mesuré les teneurs en Mg, Ca, Na et K sur les filtrats. J'ai ensuite, grâce à vos conseils, évalué la CEC des échantillons de sol. Cependant, des mesures par DRX effectuées sur le sol ont révélé la présence de minéraux solubles tels que la halite. Je me demandais donc si le sodium dont j'ai la teneur pour les filtrats pouvait bien être utilisé comme j'ai fait pour le calcul de CEC, sachant qu'il n'est pas entièrement fixé sur le complexe argilo humique mais qu'il forme notamment de la halite.
Ma question est peut-être très naïve, mais la biblio classique ne m'a pas apporté de réponse ..

Au passage, une fois mes filtrats recristallisés, j'observe une effervescence à l'HCl. Preuve (je crois) que de la calcite est présente .. elle qui est censée être insoluble, je m'étonne de la retrouver ici ! Mais peut-être s'agit-il d'une recristallision à partir de sels différents ?

Merci encore

[moco]

Bonjour,
Je suis très étonné par tes dires. La halite ne se trouve jamais dans les sols terrestres ordinaires, car d'abord les pluies l'éliminent très vite, et ensuite NaCl est un toxique pour la plupart des plantes terrestres. On ne trouve NaCl dans le sol que dans les environs immédiats de la mer.
Quant à l'effervescence que tu observes, cela ne prouve pas que les eaux courantes contiennent des carbonates. Cela prouve seulement qu'il y a des fragments de calcaire dans le sol. Le calcaire est une des substances les plus courantes sous nos climats. Pris au hasard, un caillou sur deux est formé de calcaire. Et le calcaire est du carbonate de calcium impur, qui réagit avec les aides en libérant du gaz carbonique. La calcite est une variété assez rare de carbonate de calcium pur et bien cristallisé. L'effervescence au contact des acides ne prouve pas qu'il y ait de la calcite, mais bien du calcaire.