Soutenance mémoire
La protection de l’environnement est devenue un enjeu économique et politique majeur. Mieux produire et moins polluer sont les défis auxquels sont confrontés les industriels de tous les secteurs et les responsables politiques chargés de l’environnement et l’opinion publique. La pollution de l’eau est une dégradation physique, chimique, biologique ou bactériologique de ses qualités naturelles, provoquée par l’homme et ses activités [1]. Elle perturbe les conditions de vie de la flore, la faune aquatiques et l’homme lui-même ; elle compromet les utilisations de l’eau et l’équilibre du milieu naturel. La pollution engendrée par les eaux usées industrielles est devenue un sérieux problème pour de nombreux pays. Le développement des activités industrielles est particulièrement accéléré au cours du XIXe siècle. Parmi les différents types de pollution (organique, minérale, radioactive, ….), le problème posé par la pollution due aux produits radioactif est tout à fait singulier. L’uranium est la pierre angulaire du système nucléaire. L’industrie de l’uranium cache en réalité une chaîne du combustible sale, polluante et non maîtrisée de la mine jusqu’aux déchets. Extraction, transformation, enrichissement, combustion, retraitement, utilisation militaire…, chaque étape engendre des pollutions radioactives, génère tous les jours des transports dangereux, expose les populations à des risques majeurs et produit des déchets qui resteront radioactifs et nocifs pendant des milliers d’années. La production annuelle de terres rares est d’environ 125.000 tonnes par an [2], les techniques d’extraction et de purification actuellement mises en places pour les terres rares sont polluantes pour le sol et l’eau. Elles nécessitent des procédés hydrométallurgiques et des bains d’acides qui rejettent des métaux lourds, de l’acide sulfurique ainsi que des éléments radioactifs (uranium et thorium). Généralement les eaux résiduaires industrielles sont traitées avant leur évacuation, à l’aide d’une chaine de traitement primaire, secondaire et parfois tertiaire. La majorité des techniques de traitement avancées utilisées pour l’élimination des polluants organiques solubles dans ces eaux sont basées sur l’adsorption sur charbon actif, l’osmose inverse et la nano filtration, l’oxydation chimique, biologique et les technologies d’oxydation avancées.
Caractéristiques chimique de l’uranium
L’uranium naturel est présent dans pratiquement tous les milieux naturels : roches et eau. Il y a en effet 3 mg d’uranium /tonne eau de mer ce qui représente tout de même 4,5 milliards de tonnes d’uranium dans les océans. L’uranium est relativement répandu dans l’écorce terrestre, notamment dans les terrains granitiques et sédimentaires. La concentration d’uranium dans ces roches est de l’ordre de 3 g/tonne. L’origine de ce radioélément est exclusivement naturelle avec une redistribution liée aux activités anthropogéniques. L’uranium, métal gris très dense, à quatre valences possibles (+III à +VI), les valences 4 et 6 étant les plus répandues dans les minerais. Les conditions de passage de la valence 4 à la valence 6 dépendent du potentiel d’oxydoréduction du milieu. Le comportement de l’uranium dans les écosystèmes terrestres est étroitement lié aux conditions d’oxydo-réduction du milieu [2]. Elles sont voisines des conditions de passage du fer ferreux au fer ferrique. L’uranium hexavalent est beaucoup plus soluble que l’uranium tétravalent [3]. Il forme des complexes, les plus fréquents étant les uranylcarbonates et les uranylsulfates. L’uranium a 23 isotopes, tous radioactifs, dont trois seulement sont présents à l’état naturel : 238U ,235U et 234U .Ces trois isotopes forment ce que l’on appelle l’uranium naturel. L’uranium naturel tel qu’il est extrait de son minerai contient 99,275 % de l’isotope 238U, 0,719 % de l’isotope 235U et 0,0057 % de 234U.
Utilisations de l’uranium
Les principales utilisations de l’uranium sont :
• électronucléaire : l’uranium est utilisé comme combustible dans la plupart des réacteurs nucléaires industriels.
• colorants : l’uranium naturel sous forme d’oxyde a été utilisé depuis l’antiquité pour donner à des verres, des céramiques et des faïences de profonds reflets verts ou jaunes.
• Armement conventionnel : Du fait de sa grande densité et dureté, l’uranium appauvri est aussi utilisé sous forme métallique dans des têtes d’obus conventionnels destinés à perforer le blindage de chars ou d’abris en béton.
• Radioéléments pour le médical : l’uranium hautement enrichi peut être irradié dans des réacteurs de recherche pour la production de radioéléments utilisés comme traceurs en imagerie médicale.
Ion uranyle
Données structurales des espèces uranyles aqueuses
En solution aqueuse, l’ion uranyle est hydraté. Il est entouré de cinq molécules d’eau et se présente sous la forme [UO2 (H2O) 5] 2+ [4-6]. Les déprotonations successives de ces molécules d’eau donnent naissance à différents produits d’hydrolyse (l’ion uranyle se comporte comme un acide faible). A ce jour, de nombreuses études ont été consacrées à la caractérisation de la structure des espèces uranyle aqueuses hydrolysées [7-10]. Ces travaux concernent plus particulièrement l’étude des complexes [(UO2)2 (OH) 2] 2+ (I) et [(UO2)3 (OH) 5]+ (II). Ces espèces possèdent des environnements de coordination différents autour du cation UO2 2+.
Données toxicologiques et épidémiologiques
Intoxication aiguë
La contamination par les composés uranifères induit une toxicité radiologique et chimique. Les données de la littérature indiquent qu’après son incorporation (principalement par inhalation, ingestion ou la blessure), l’uranium circule dans le sang sous forme d’ion uranyle UO2 (état d’oxydation VI) et est principalement complexé aux bicarbonates et citrates (50 %), aux protéines (30 %) et aux érythrocytes (20%) [11- 13]. Une insuffisance rénale aiguë ayant nécessité une dialyse, accompagnée d’anémie, de rhabdomyolyse, de myocardite, de dysfonction hépatique et d’un iléus paralytique, a été observée après ingestion volontaire chez l’humain de 15 g d’acétate d’uranium, soit l’équivalent de 9,2 g d’uranium. L’atteinte rénale était encore présente 6 mois après l’événement.
Effets sur la reproduction et le développement
Des effets sur la reproduction ont été observés lorsque l’uranium a été administré à des animaux de laboratoire. Le dihydrate d’acétate d’uranyle administré à des souris gestantes (6ème -15ème jours) a provoqué une baisse du poids et de la longueur du fœtus ainsi que certaines malformations (ex. fentes palatines) et une réduction de l’ossification (plus faible dose avec effet nocif observé 2,8 mg/kg).
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Table des matières
Introduction Générale
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
Chapitre I : Revue Bibliographique
I.1. Introduction
I.2.Chimie de l’uranium
I.2.1.Les actinides
I.2.2.Définition de l’uranium
I.2.3.Caractéristiques chimique de l’uranium
I.2.4.Utilisations de l’uranium
I.2.5.Ion uranyle
I.2.5.1.Données structurales des espèces uranyles aqueuses
I.2.5.2.Données toxicologiques et épidémiologiques
I.2.5.2.1.Intoxication aiguë
I.2.5.2.2.Effets sur la reproduction et le développement
I.2.5.2.3.Effets cancérigènes
I.3.Les terres rares
I.3.1.Domaines d’utilisation
I.3.2.Les terres rares dans l’environnement
I.3.3. L’europium
I.3.3.1.Historique
I.3.3.2.Caractéristiques
I.3.3.3.Abondance
I.3.3.4.Applications de l’europium
I.3.4.Le néodymium
I.3.4.1.Historique
I.3.4.2.Propriétés et applications du néodymium
I.3.5.Impact sur l’environnement
I.4.Revue sur l’arsenazo (III)
I.4.1.Introduction
I.4.2.Propriétés de l’arsenazo (III)
I.4.3.Réactions de l’arsenazo (III)
I.5.Traitements physiques et chimiques des eaux résiduaires
I.5.1.Adsorption
I.5.2.Extraction liquide–liquide
I.5.3.Oxydo-Réduction
I.5.4.Coagulation et floculation
I.5.5.Techniques de séparation membranaire
I.5.5.1.Définition
I.5.5.2.Avantages et inconvénients de la technologie membranaire
I.5.5.3.Types de membranes
I.5.5.4.Applications
I.6.Généralités sur les membranes liquides
I.6.1.Transport à travers une membrane liquide
I.6.2.Types de membranes liquides
I.6.2.1.Membrane liquide épaisse
I.6.2.2.Membrane liquide supportée
I.6.2.3.Membrane liquide émulsionnée (MLE)
I.7.Théorie et principe de l’extraction par Membrane Liquide Emulsionnée
I.7.1.Introduction
I.7.2.Avantages des membranes liquides émulsionnées
I.7.3.Emulsion
I.7.3.1.Définition d’une émulsion
I.7.3.2.Différents types d’émulsions
I.7.4.Fondamental de la membrane liquide émulsionnée
I.7.5.Description du mécanisme de transport pour MLE
I.7.5.1.Système de type I
I.7.5.1.1.Mécanisme de transport dans le système de type I
I.7.5.2.Système de type II
I.7.5.2.1.Mécanisme de transport de type II
I.7.6.Composition et formation de la membrane émulsionnée
I.7.6.1.Phase interne
I.7.6.2.Transporteur
I.7.6.3.Les tensioactifs
I.7.6.3.1.Types de tensioactifs
I.7.6.3.2.Choix des tensioactifs
I.7.6.4.Diluant
I.7.7.Formation de l’émulsion
I.7.8.Désémulsification (Rupture de l’émulsion)
I.8.Conclusion
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
Chapitre II : Extraction De L’uranyle Par MLE
II.1.Introduction
II.2.Réactifs et matériels
II.2.1.Réactifs
II.2.2.Matériel utilisé
II.3.Procédure Expérimentale
II.3.1.Préparation de l’émulsion eau dans l’huile (E/H)
II.3.2.Etude de la stabilité des émulsions E/H
II.3.3.Méthode de mesure (Calcul de la rupture des émulsions)
II.4.Résultats et interprétations
II.4.1.Etude de la stabilité de l’émulsion
II.4.2.Etude de l’extraction d’uranyles par membrane liquide émulsionnée
II.4.2.1.Méthode d’analyse
II.4.2.2.Efficacité d’extraction
II.4.2.3.Effet de la concentration de l’extractant
II.4.2.4. Effet de la concentration du tensioactif
II.4.2.5.Effet du pH de la phase d’alimentation
II.4.2.6.Effet du type d’acide dans la phase externe
II.4.2.7.Effet de la concentration de la phase interne
II.4.2.8.Effet du type d’acide en phase interne
II.4.2.9.Effet de la vitesse d’agitation
II.4.2.10.Effet du rapport volumique de la phase interne sur la phase organique
II.4.2.11.Effet du rapport volumique de traitement (émulsion/externe)
II.4.2.12.Effet de la concentration initiale d’uranyle dans la phase externe
II.4.2.13.Effet du type de diluant
II.4.2.14.Effet de la présence de sel (NaCl) en phase externe
II.4.2.15.Effet de la matrice réelle
II.4.2.16.Désextraction des nitrates d’uranyle
II.4.2.16.1.Effet de la concentration de la phase interne sur la désextraction d’uranyle
II.5.Conclusion
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
Chapitre III : Extraction D’europium (III) Par MLE
III.1. Introduction
III.2. Protocole expérimental
III.2.1. Réactifs et matériels
III.3. Préparation de l’émulsion
III.4. Extraction de l’Europium (III)
III.4.1. Méthode d’analyse
III.4.2. Désémulsification
III.5. Résultats et discussions
III.5.1.Etude de l’extraction d’europium (III) par membrane liquide émulsionnée
III.5.1.1.Effet de la concentration de la phase interne
III.5.1.2.Effet du type d’acide en phase interne
III.5.1.3.Effet de la concentration de l’extractant
III.5.1.4.Effet de la concentration du tensioactif
III.5.1.5.Effet du pH de la phase d’alimentation
III.5.1.6.Effet de la vitesse d’agitation
III.5.1.7.Effet du rapport volumique de la phase interne sur la phase membranaire
III.5.1.8.Effet du rapport volumique de traitement (émulsion/externe)
III.5.1.9.Effet du type de diluant
III.5.1.10.Effet du temps d’émulsification
III.5.1.11.Effet de la concentration initiale de l’europium (III)
III.5.1.12.Effet de la matrice réelle
III.5.1.13.Effet de la présence de sel(Na2SO4) en phase externe
III.5.1.14.Etude de la désextraction
III.5.1.14.1.Effet de la concentration de la phase interne sur l’efficacité de désextraction
III.6.Conclusion
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
Conclusion Générale
