Soutenance mémoire
Les différentes activités industrielles : sidérurgie, pharmacologie, traitement des eaux etc ; génèrent des déchets de production qui peuvent être liquides et/ou solides. Selon le type d’activité industrielle, les déchets peuvent contenir des contaminants métalliques (métaux lourds), organiques (pesticides, herbicides), organométalliques ou autres. Le traitement de ces polluants est impératif, compte-tenu de leurs graves incidences sur la santé humaine, animale et végétale (Ayoub et Merhebi, 2002). Par exemple, dans le traitement des eaux et quel que soit le procédé utilisé, une production de boue est à prévoir. Ces boues peuvent contenir des contaminants chimiques à de très grandes concentrations par rapport aux eaux usées (Klöpffer, 1996), ainsi que de produits de traitement. On peut citer comme produits: les sels d’aluminium ou de fer utilisés en coagulation-floculation (Can et al, 2003., Chu, 1999., Chu, 2001), des produits de métabolisation et des corps microbiens résultant des traitements biologiques (digestion, stabilisation) (Jarde et al, 2003) etc. Cette présence de produits dans les boues n’est pas sans danger ; elle pose un problème majeur d’ordre écotoxicologique. Donc, les boues doivent subir un traitement préalable avant leur utilisation en agriculture (Garrec et al, 2003) ou autres.
Plusieurs méthodes de dépollution des boues, sont déjà testées ; elles sont chimiques (logan, 1985), thermiques ( Ramachandran et Kikukawa, 2002), lixiviation etc. Toutes ces méthodes demandent dans beaucoup de cas des moyens techniques et financiers importants (wong et Henry, 1984).
L’ALUMINIUM
ORIGINE
L’aluminium (du latin alumen, qui signifie « léger ») est l’élément métallique le plus abondant et le troisième constituant de l’écorce terrestre. Il représente (8,1%) de son poids après l’oxygène (46,6%) et le silicium (28%) . A l’état naturel, l’aluminium n’est jamais retrouvé sous forme de métal : très réactif il est toujours combiné à d’autres éléments. Les composés les plus fréquents sont les oxydes (alumine) et hydroxydes provenant essentiellement de la bauxite, les silicates provenant de l’argile et des micas, et des formes hydrosolubles complexées aux sulfates (alun), nitrates, chlorures en présence de matière organiques dissoutes.
Composant fondamental des roches du sol, l’aluminium est un constituant naturel des eaux souterraine et de surface. Les plus fortes concentrations en aluminium se trouvent dans les eaux de drainage des régions soumises aux pluies acides, où l’acidité des roches facilite la mobilisation de l’aluminium à partir du sol. L’aluminium est également présent sous forme de particules de poussières dans l’air, les silicates d’aluminium contribuant pour une large part aux teneurs de ces poussières provenant du sol. L’aluminium métal est extrait de la bauxite, minerai qui doit son nom à son lieu de découverte par Pierre Berthier en 1821 : la commune des box-de-Provence en France. Ce minerai d’oxyde d’aluminium hydraté contient en majeure partie de l’alumine (Al2O3). L’alumine composé très dur ayant l’aspect d’une fine poudre blanche, est tout d’abord isolé de la bauxite par un processus chimique permettant l’élimination des impuretés. L’aluminium métal est ensuite obtenu par électrolyse de l’alumine mélangé à la cryolite (AlF3, 3NaF). Les entreprises d’électrolyse vendent l’aluminium sous la forme de plaques, de blocs d’extrusion et de lingots. Cristallisée, l’alumine constitue également le corindon, pierre très dure, qui, colorée par des oxydes métalliques, est connue sous les noms de rubis, saphir, topaze, etc.
PROPRIETES PHYSICOCHIMIQUES
Propriétés physiques
La masse atomique de l’aluminium est de 26,98. Son nombre atomique de 13 et sa densité de 2,7. Son point de fusion est de 660°C et son point d’ébullition de 2467°C. L’aluminium comme tout élément de la famille du bore possède trois électrons de valence. Il s’agit d’un métal amphotère qui réagit avec les acides (chlorhydrique, perchlorique, sulfurique) et les bases fortes (Schaller et al, 2011). L’aluminium est un métal gris argenté, brillant, qui présente des propriétés physicochimiques particulièrement intéressantes : basse densité, grande malléabilité, grande ductilité, bonne conductivité électrique et chimique, résistance à la corrosion, à la traction. Il est trois fois léger que l’acier. Il ne s’altère pas au contact de l’air en raison de la formation d’une couche protectrice d’alumine en surface, ce qui le rend très résistant à la corrosion de l’air mais aussi de l’eau. Il est de plus totalement recyclable.
Propriétés chimiques
Spéciation de l’aluminium
L’aluminium est présent dans les eaux naturelles sous formes de micro-poussières, de particules d’argile insolubles en suspension, de sels solubles et insolubles. Toutes ces formes de l’aluminium sont présentes dans les eaux de percolation à travers les sols. L’aluminium en solution influence fortement la qualité chimique et biologique des solutions de sol et des eaux de surface. Différentes formes de l’aluminium peuvent être retrouvées dans les eaux naturelles (Rosin et al, 1990).
Le pH est l’un des facteurs qui déterminent cette forme.par exemple, l’acidité entraine une dissolution et un transport des formes salines de l’aluminium en solution, qui sont adsorbées par les végétaux et les animaux (Cathalifaud et al, 1997).
PRINCIPALES SOURCES D’EXPOSITION ET TOXICITE
Principales sources d’exposition
L’aluminium peut se trouver dans l’air, l’alimentation, dans l’eau et dans d’autres sources, nous décrivons ci-dessous quelques unes de ces sources.
Air
La concentration atmosphérique de l’aluminium dépend des sources géologiques et industrielles .Sa présence dans l’environnement est naturelle et anthropique, l’émission par les sols ou les roches de particules contenant de l’aluminium ainsi que l’activité volcanique, constituent les principales sources naturelles d’exposition à l’aluminium. Les industries minières, l’agriculture, la combustion du charbon, les fonderies et les échappements des automobiles contribuent également à la contamination de l’environnement par l’aluminium.
Alimentation
L’aluminium est naturellement présent dans de nombreux aliments, mais généralement en faibles concentrations. Le théier est une exception, puisqu’il accumule de grandes quantités d’aluminium qui peuvent être libérées des feuilles de thé dans le thé infusé. L’aluminium peut également s’introduire dans la nourriture à partir des casseroles, des ustensiles de cuisine et des emballages. La migration de l’aluminium à partir des emballages, des ustensiles et des conditionnements de boissons, dépend de la qualité du matériau (pureté de l’aluminium), de l’existence d’un revêtement (plastique ou vernis), de la durée du contact auxquelles s’ajoutent le pH et la salinité de l’aliment , à pH compris entre 4 et 8, la migration est négligeable; à pH inférieur à 2, l’aluminium est extrait du matériau (Gourier et Frery, 2004) .
Eau
L’apport d’aluminium par l’intermédiaire des eaux de distribution publique a deux origines.
• Présence naturelle dans les eaux de sources : l’aluminium se trouve sous trois formes : insoluble, colloïdale et soluble correspondant à des silicoaluminates, des hydroxydes, des formes libres ou complexes minérales ou organiques.
• Traitement des eaux : les réactifs chimiques utilisés pour la coagulation des eaux sont des sels de fer ou d’aluminium qui, par hydrolyse, conduisent à des formes cationiques plus ou moins chargées électriquement. Pour les sels d’aluminium, ce sont principalement le sulfate d’aluminium et les sels d’aluminium prépolymérisés.
Produits de santé
❖ Antiacides et pansements gastro-intestinaux
L’aluminium est utilisé dans les médicaments antiacides et les pansements gastrointestinaux comme principe actif mais également comme excipient. Il s’agit le plus souvent d’hydroxyde ou de phosphate d’Al, de carbonate basique, de silicates d’Al. On assiste actuellement à une diminution importante de leur prescription dans le traitement des troubles digestifs hauts (reflux gastro-œsophagien) et à leur quasi-disparition dans le traitement de l’ulcère peptique.
❖ Dialyse
Chez des patients en insuffisance rénale terminale, la dialyse a constitué une des premières situations d’exposition à l’aluminium documentée dans la littérature. L’aluminium peut provenir de l’eau utilisée pour la dilution des concentrés, de l’acide concentré liquide et de la poudre de bicarbonate. L’eau pour dilution ainsi que l’acide doivent répondre aux exigences de la pharmacopée européenne, en matière de valeurs limites en aluminium, fixées respectivement à 10 ug/l (norme 1167 – 2 e édition de la pharmacopée européenne – 1992) et 100 μg/l.De façon moins systématique, la prise d’hydroxyde d’aluminium (Al(OH)3) prescrit par voie orale pour fixer les phosphates contribue à l’apport global en aluminium. À l’heure actuelle, les sels d’aluminium sont de moins en moins prescrits dans les centres de dialyse en France.
❖ Nutrition parentérale
Pour les solutés de nutrition parentérale, la pharmacopée européenne impose, en ce qui concerne le « contenant » (flacon de verre ou conditionnement à base de polyoléfines, polypropylène ou polytéréphtalate), une valeur limite d’aluminium extractible de 1 ppm. Dans les solutés, la source principale d’aluminium était l’hydrolysat de caséine, qui n’est plus utilisé de nos jours. Une réflexion européenne est en cours pour établir des valeurs limites d’aluminium dans les solutés de nutrition parentérale.
❖ VaccinsL’aluminium sous forme d’hydroxyde est utilisé comme adsorbant des vaccins et adjuvant de l’immunité dans environ 40 % des vaccins en France.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : L’ALUMINIUM
I.1 ORIGINE
I.2 PROPRIETES PHYSICOCHIMIQUES
I.2.1 Propriétés physiques
I.2.2 Propriétés chimiques
I.2.2.1 Spéciation de l’aluminium
I.2.2.2 Les complexes de l’aluminium
I.3 PRINCIPALES SOURCES D’EXPOSITIONS ET TOXICITE
I.3.1 Principales sources d’exposition
I.3.1.1 Air
I.3.1.2 Alimentation
I.3.1.3 Eau
I.3.1.4 Produits de santé
I.3.2 Toxicité de l’aluminium
I.3.2.1 Organismes aquatiques
I.3.2.2 Végétaux
I.3.2.3 Homme
I.4 NORME ET REGLEMENTATION
I.5 METHODES D’ANALYSE DE L’ALUMINIUM
CHAPITRE II : LES BOUES DE TRAITEMENT DES EAUX
II.1 DEFINITION D’UNE BOUE DE TRAITEMENT DES EAUX
II.2 PROBLEMATIQUE DES BOUES
II.3 COMPOSITION ET TRAITEMENT DES BOUES RESIDUAIRES
II.3.1 Composition
II.3.1.1 Matière organique
II.3.1.2 Eléments fertilisants et amendements
II.3.1.3 Contamination chimiques inorganiques et organiques
II.3.4 Les micro-organismes pathogènes
II.3.2 Les différentes filières de traitement
II.3.2.1 La stabilisation des boues
II.3.2.2 Réduction de la teneure en eau des boues
II.3.2.3 Les traitements d’hygiénisation
II.3.3 Elimination finale des boues de traitement des eaux
II. 3.3.1 L’incinération
II.3.3.2 La mise en décharge
II.3.3.3 L’épandage
II.4 UTILISATION DES BOUES DE TRAITEMENT DES EAUX
II.5 DECONTAMINATION DES BOUES DE TRAITEMENT DES EAUX POLLUEES PAR LES METAUX
II.6 NORMES ET REGLEMENTATIONS SUR LES BOUES DE TRAITEMENT DES EAUX
CHAPITRE III : TRAITEMENT ELECTROCINETIQUE
III.1 INTRODUCTION
III.2 BREF APERÇU SUR LES TRAVAUX ELECTROCINETIQUES REALISES
III.2.1 Etudes réalisées à l’échelle du laboratoire
III.2.2 Démonstrations pilotes et sur champs
III.3 PRINCIPE DE L’ELECTROMIGRATION
III.4 LES DIFFERENTS PHENOMENES MIS EN JEU
III.4.1 Electrolyse de l’eau
III.4.2 Electro-osmose
III.4.3 Electromigration
III.4.4 Electrophorèse
III.4.5 Diffusion
III.5 RENDEMENT CHIMIQUE ET FARADIQUE
III.6 AVANTAGES ET INCONVENIENTS DU PROCEDE ELECTROCINETIQUE
CHAPITRE IV : MATERIEL ET METHODES
IV.1 IDENTIFICATION DE LA BOUE ETUDIEE
IV.1.1 Localisation et prélèvement
IV.1.2 Préparation de l’échantillon
IV.2 ANALYSE PHYSICO-CHIMIQUE DE LA BOUE
IV.2.1 Répartition granulométrique
IV.2.2 Détermination de l’humidité résiduelle
IV.2.3 pH et conductivité
IV.2.4 Capacité d’échange cationique (CEC)
IV.2.5 Teneur en carbone organique
IV.2.6 Teneurs en cations (Na+ , K+ , Mg++, Ca++) échangeables et en quelques anions
IV.2.7 Analyse minéralogique
IV.2.8 Détermination des teneurs totales des métaux
IV.3 ESSAIS D’ELECTROMIGRATION
IV.3.1 Montage expérimental
IV.4 PARAMETRES ETUDIES DANS LE PROCEDE D’ELECTROMIGRATION
IV.4.1 Le rapport : solide/liquide
IV.4.2 Température
IV.4.3 Temps de traitement
IV.4.4 pH
IV.4.4.1 Agents acides introduits à la cathode
IV.4.4.2 Agent chélatant introduit à la cathode et mélangé avec la boue
IV.4.5 Potentiel appliqué
CHAPITRE V : RESULTATS ET DISCUSSION
V.1 CARACTERISATION PHYSICO-CHIMIQUE DE LA BOUE ETUDIEE
V.2 SPECIATION DE Al(III) DANS DES SOLUTIONS ELECTROLYTIQUES
V.3 RESULTATS D’ELECTROMIGRATION DE L’ALUMINIUM
V.3.1 Influence du rapport solide/liquide sur l’electromigration de l’aluminium
V.3.2 Effet du temps de traitement sur l’electromigration de l’aluminium
V.3.3 Effet de la température sur l’electromigration de l’aluminium
V.3.4 Electromigration de l’aluminium à pH controlé
V.3.4.1 pH contrôlé en présence d’acide acétique et citrique à la cathode
V.3.4.1.1 suivi du courant en présence d’acide acétique et citrique à la cathode
V.3.4.1.2 Suivi du pH cathodique à pH contrôlé en présence d’acide acétique et citrique à la cathode
V.3.4.2 pH contrôlé en présence d’EDTA à la cathode et mélangé avec la boue
V.4 LA CONSOMMATION ENERGETIQUE
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES
