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Capacité d'échange cationique

La capacité d'échange cationique mesure la capacité d'un sol à retenir notamment des éléments fertilisants.

La capacité d'échange cationique (CEC ou T pour capacité totale) d'un sol est la quantité de cations que celui-ci peut retenir sur son complexe adsorbant à un pH donné.

La CEC est utilisée comme mesure de la fertilité d'un sol en indiquant la capacité de rétention des éléments nutritifs d'un sol donné.

La CEC correspond donc au nombre de sites négatifs proposés à l'adsorption par l'argile et l'humus du sol. Chaque sol a une CEC bien précise qui correspond à la quantité de cations qu'il peut fixer, à un pH donné. Ces cations peuvent être des acides faibles ou des acides forts (H₃O⁺ notamment). Il est préférable que ce soit des acides faibles qui occupent les sites de fixation : Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, NH₄⁺ car ceux-ci sont les plus intéressants d'un point de vue nutritif pour la plante... Plus le sol est riche en argile et matière organique, plus sa CEC est importante.

La CEC est fortement liée au rapport C/N et au pH du sol.

Capacité Eéchange cationique des argiles

Une des propriétés des matériaux naturelle à base de silicates et/ou d'aluminosilicates hydratés de structure lamellaire,tel que l'argile est la possibilité de substituer un cation interfoliaire par

un autre de nature différent. L’échange cationique peut avoir lieu entre ions de même valence (par exemple Li⁺ pour Na⁺) ou de valences différentes (par exemple un Cu2⁺ pour deux Na⁺).

La quantité d’ions échangeables pour un materiaux donnée se mesure en milli- équivalents (mmol de charge) par 100 grammes ‘argile (meq/100g). Une montmorillonite sodique par exemple a une CEC de l’ordre de 100 meq/100g, soit environ 1mole de Na+ par kg d’argile. Au cours de la réaction d’échange, les cations initialement présents dans l’espace interfoliaire sont

remplacés par des cations en solution,et sont relâchés dans la phase aqueuse. On peut symboliser l’échange total (dans le cas Na+ «  » Li⁺) par la relation :

Na⁺ + Li⁺ aq - Li⁺ + Na⁺ aq

Ou Na (resp. Li ) désigne l’ion Na⁺ (resp. Li⁺) dans une argile homoionique, c’est-à-dire avec uniquement des contre-ions Na⁺ (resp. Li⁺) et Li⁺aq (resp. Na⁺aq) l’ion Li⁺ (resp. Na⁺) en solution. Les proportions à l’équilibre pour chaque cation entre l’argile et la phase aqueuse sont fixées par une constante de sélectivité (Ks) spécifique à chaque couple d’ions.

Ainsi, par exemple, la capacité d’échange cationique CEC permet de quantifier les propriétés d’échange d’un minéral argileux vis-à-vis des cations.

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