Soutenance mémoire
La pollution accidentelle ou volontaire des eaux, devient un fléau à des effets multiples qui touchent aussi bien la santé publique que les organismes aquatiques, ainsi que la flore et la faune[1, 2]. Elle est due essentiellement aux phénomènes naturels (érosion du sol, activités volcaniques, …etc.), ainsi qu’aux activités humaines (effluents industriels, agriculture, transport maritime, et autres activités) [3]. Par ailleurs, presque tous les processus industriels et artisanaux consomment de l’eau propre et rejettent des eaux usées, renfermant des charges organiques ou minérales polluantes [4,5], dont certaines peuvent avoir un caractère toxique, tels que les métaux lourds [6].
La pollution des ressources en eau par les métaux lourds, est l’une des préoccupations essentielle à l’échelle mondiale, en raison des différents risques sanitaires répertoriés par les instances internationales comme l’organisation mondiale de la santé (OMS) ou l’agence de protection de l’environnement (APE) [7]. L’usage important des métaux lourds dans plusieurs activités industrielles telles que : métallurgie, galvanoplastie, champs agricoles (engrais et pesticides), production des pigments et des piles, provoque une dégradation de l’écosystème causant la parution d’espèces toxiques et cancérigènes. Ne pouvant pas être dégradés, ou détruits, la bioaccumulation explique leur très forte toxicité, notamment lorsqu’ils sont rejetés dans les eaux [8]. La contamination des écosystèmes aquatiques par les métaux lourds constitue un sérieux problème d’environnement de plus en plus inquiétant, et représente une menace sérieuse sur les populations qui y sont exposées. Ainsi ces dernières années, la pollution des eaux par les métaux lourds préoccupe toutes les régions du monde soucieuses de maintenir leur patrimoine hydrique à un haut degré de qualité [9].
La prise de conscience de ces problèmes, a conduit les autorités responsables de la protection de l’environnement à mettre en place, des législations de plus en plus contraignantes vis-à-vis des rejets industriels. Le chrome fait partie des métaux les plus utilisés dans le monde, Il se retrouve dans tous les compartiments de l’environnement, aussi bien dans l’eau que dans l’air et le sol, mais aussi par extension dans les organismes vivants. De ce fait, il est abondamment rejeté par l’industrie, notamment la métallurgie, aussi bien dans l’atmosphère que dans les eaux continentales [10]. Le chrome (Cr) à l’instar d’autres métaux, a reçu de larges applications dans différentes branches de l’industrie: Production d’alliages résistants à la corrosion (ferrochrome), chromage électrolytique, soudage d’alliages, fabrication de pigments, tannage du cuir et traitement du bois…etc.[11,12]. Cependant, cette utilité du chrome ne peut masquer la toxicité qu’il manifeste pour des teneurs dépassant les normes admises: 0,1 mg/L pour le Cr(VI) et 3 mg/L pour le Cr(III) dans les eaux de rejet [13]. Des quantités importantes de chrome ont été rejetées dans l’environnement suite à un non-respect ou à l’insuffisance des lois en vigueur, à de la négligence ou à des accidents. Aujourd’hui, beaucoup de sites et d’anciens sites industriels sont pollués par du chrome. Les propriétés physiques, la biodisponibilité et la toxicité du chrome dépendent de son état d’oxydation [14].
Pollution et métaux lourds
Généralités sur La pollution
Les polluants de tous genres contaminent l’eau, l’air et la terre mettant en péril les êtres vivants et les écosystèmes. Polluer c’est rendre dangereux un milieu en répandant des matières toxiques. La pollution est un changement brusque ou à long terme des taux de composantes de l’air, de l’eau ou du sol, par une activité humaine (industrie, agriculture, etc.) qui provoque la dégradation de l’environnement humain, celui-ci étant souvent construit et ressenti. L’eau, élément vital s’il en est, est aussi un agent efficace de transport et de dissémination de la pollution et des maladies. C’est pourquoi nous devons prendre garde avec un soin extrême et une vigilance constante, sa qualité et de sa potabilité [1]. Plusieurs définitions ont été proposées pour le terme « pollution », parmi lesquelles la définition de (Ramade 1992) : La pollution est une modification défavorable du milieu naturel qui apparaît en totalité ou en partie comme le sous-produit de l’action humaine, au travers d’effets directs ou indirects altérant les modalités de répartition des flux d’énergie, des niveaux de radiation, de la constitution physico-chimique du milieu naturel et de l’abondance des espèces vivantes. Ces modifications peuvent affecter l’homme directement ou à travers des ressources en produits agricoles, en eau, et autres produits biologiques. Elles peuvent aussi l’affecter en altérant les objets physiques qu’il détient, les possibilités régénératrices du milieu ou encore en enlaidissant la nature [2]. La Directive Européenne 2000/60/CE du 23 octobre 2000 la définit comme : l’Introduction directe ou indirecte, par suite de l’activité humaine, de substances ou de chaleur dans l’air, l’eau ou le sol, susceptibles de porter atteinte à la santé humaine ou à la qualité des écosystèmes aquatiques ou terrestres, qui entraînent des détériorations aux biens matériels, une détérioration ou une entrave à l’agrément de l’environnement ou à d’autres utilisations légitimes de ce dernier» [3].
Pollution des eaux
L’homme a toujours eu comme souci de préserver et aussi accroître ses ressources en eau. Actuellement, les milieux aquatiques méritent une attention toute particulière, vu qu’ils ont très altérés et sérieusement menacés par le développement considérable de ses activités humaines et industrielles. De plus, ils jouent un rôle important dans la vie humaine.
La pollution de l’eau change la qualité et les caractéristiques qui rendent l’eau insalubre et /ou de gâcher la pureté de l’écosystème aquatique. Par conséquent il est peut être utile de discuter, les différents types et sources de pollution de l’eau rencontrés assez fréquemment.
Généralités sur les métaux lourds
On appelle métaux lourds les éléments métalliques naturels dont la masse volumique dépasse 5g/cm3 . Ceux-ci sont présents le plus souvent dans l’environnement sous forme de traces, ce qui explique leur dénomination de « métaux traces » ou « éléments traces métalliques » (ETM). Les ETM sont présents couramment dans la croûte terrestre, aussi l’altération et l’érosion des roches alimentent naturellement les eaux de surface en ETM.
Ils englobent l’ensemble des métaux et métalloïdes présentant un caractère toxique pour la santé et l’environnement. A la différence de la plupart des contaminants organiques, les métaux lourds sont présents à de faibles teneurs (à l’état de traces, moins de 0.1%) dans les sols, les sédiments, les eaux de surface et les organismes vivants [6]. Ils sont redistribués naturellement dans l’environnement par les processus géologiques et les cycles biologiques. Les activités industrielles diminuent cependant le temps de résidence des métaux dans les roches.
Source d’émission
Les métaux lourds qui entrent dans l’environnement aquatique proviennent de sources naturelles dont les plus importantes sont les volcans, les embruns marins et l’érosion, et de sources anthropogènes telles que la combustion de combustibles fossiles (industrie, chauffage, transport), la métallurgie, et l’incinération des déchets. Ils sont redistribués naturellement dans l’environnement par les processus géologiques et les cycles biologiques. Les activités industrielles et technologiques diminuent cependant le temps de résidence des métaux dans les roches.
Toxicité des métaux lourds
Dans les sciences environnementales, les métaux lourds associés aux notions de pollution et de toxicité sont généralement : l’arsenic (As), le cadmium (Cd), le chrome(Cr), le cuivre (Cu), le mercure (Hg), le manganèse (Mn), le nickel (Ni), le plomb (Pb), l’étain (Sn), le zinc (Zn). On peut néanmoins s’attendre à ce qu’ils aient des effets toxiques quand les organismes sont exposés à des niveaux de concentrations supérieures à ceux qu’ils requièrent normalement.
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Table des matières
Introduction générale
Partie bibliographique
CHAPITRE I : Pollution et métaux lourds
I.1. Généralités sur La pollution
I.1.1. Pollution des eaux
I.1.2. Différents types de pollutions
I.1.3. Pollution par les métaux lourds
I.2. Généralités sur les métaux lourds
I.2.1. Source d’émission
I.2.2. Toxicité des métaux lourds
I.3. Le Chrome
I.3.1. Présence du chrome dans la nature
I.3.2. Données analytiques du chrome
I.3.2.1. Recherche par voie sèche
I.3.2.2. Recherche par voie humide
I.3.2.3. Identification des ions CrO4²⁻ et Cr2O7²⁻
I.3.3. Méthodes de dosage du chrome
I.3.3.1. Méthode gravimétrique
I.3.3.2. Méthodes volumétriques
I.3.3.3. Méthodes spectroscopiques
I.3.3.4. Méthodes électrochimiques
I.3.3.5. Techniques conventionnelles
1.3.3.6. Techniques alternatives
I.3.4. Chimie du chrome hexavalent
I.3.5. Etat du Cr(VI) en solution
1.3.6. Toxicité du Cr(VI)
I.3.7. Procédés d’élimination du Cr(VI)
Références bibliographiques
CHAPITRE II : Bio-sorption et Bio-réduction
II.1. L’adsorption
II.1.2. Types d’adsorption
II.1.2.1. Adsorption physique
II.1.2.2. Adsorption chimique
II.1.3. Capacité d’adsorption
II.1.4. Mécanisme d’adsorption
II.1.5. Approche empirique
II.1.6. Isothermes d’adsorption
II.2. Bio-sorption
II.2.1. Les biosorbants
II.2.2. Propriétés des biosorbants
II.2.2.1. Propriétés physiques
II.2.2.2. Propriétés chimiques
II.2.3. Biosorbants végétaux
II.2.4. Divers biosorbants
II.3. Bio-réduction du Cr(VI)
II.3.1. Bactéries
II.3.2. Champignons
II.3.3. Algues
II.3.4. Biochar
II.3.5. Noix végétales
II.3.6. Espèces végétales
Références bibliographiques
Partie expérimentale
CHAPITRE III : Bio-sorption du Cr(VI) par les fibres de sisal (Agave sisalana)
III.1. Introduction
III.2. Préparation des adsorbants
III.3. Activation des fibres
III.4. Protocol expérimental
III.5. Résultats et discussion
III.5.1. Caractérisation des adsorbants
III.5.1.1. Méthode BET
III.5.1.2. Spectroscopie infrarouge (FTIR)
III.5.1.3. Microscopie électronique à balayage (MEB)
III.5.1.4. Observation par microscope optique
III.6. Effet de la nature des agents chélatants sur la cinétique de bio-sorption du Cr(VI)
III.7. Optimisation des facteurs influents sur la bio-sorption
III.7.1. Effet de la dose d’adsorbant sur l’adsorption du Cr(VI)
III.7.2. Effet du pH sur l’adsorption du Cr(VI)
III.7.3. Effet de la concentration initiale du Cr(VI)
III.7.4. Effet de la température sur l’adsorption du Cr(VI)
III.8. Modélisation cinétique de bio-sorption
III.9. Isotherme d’adsorption
III.10. Paramètres thermodynamiques
III.11. Conclusion
Références bibliographiques
CHAPITRE IV : Bio-réduction du Cr(VI) par les écorces et les feuilles de grenade (Punica granatum)
IV.1. Introduction
IV.2. Préparation des biomatériaux
IV.3. Protocol expérimental de la bio-réduction
IV.4. Caractérisation des bio-réducteurs utilisés
IV.4.1. Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR)
IV.4.2.Microscope électronique à balayage (MEB-EDX)
IV.5. Optimisation des paramètres de la bioréduction
IV.5.1. Influence de la masse des feuilles et des écorces sur la bioréduction du Cr(VI)
IV.5.2. Influence du pH de la solution sur la bio-réduction du Cr(VI)
IV.5.3. Influence de la concentration initiale du Cr(VI) sur la bio-réduction
IV.5.4. Effet de température sur la bio-réduction du Cr(VI)
IV.5.5. Conditions optimales de la bio-réduction
IV.6. Mécanisme de la bioréduction
IV.7. Régénération des bio-réducteurs
IV.8. Application des matrices réelles pour le traitement
IV.9. Modélisation de la cinétique de bio-réduction des écorces et feuilles de grenadier
IV.10. Paramètres thermodynamiques
IV.11. Conclusion
Références bibliographiques
CHAPITRE V : Elimination du Cr(VI) par les feuilles de Myrte (Murtus Communis)
V.1. Introduction
V.2. Préparation du biomatériau
V.3. Protocol expérimental
V.4. Caractérisation du bio-sorbant
V.4.1. Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR)
V.4.2. Microscopie électronique à balayage (MEB-EDX)
V.5. Optimisation des paramètres de bio-élimination du Cr (VI)
V.5.1. Effet de la quantité de biomasse sur la bio-élimination du Cr(VI)
V.5.2. Influence du pH de la solution sur la bio-élimination du Cr(VI)
V.5.3. Influence de la concentration initiale de Cr (VI) sur la bio-élimination
V.5.4. Influence de la température sur la bio-élimination du Cr(VI)
V.6. Études cinétiques de l’élimination du Cr(VI) dans les conditions optimales
V.7.Modélisation de la cinétique de bio-réduction
V.8. Paramètres thermodynamiques
V.9. Conclusion
Références bibliographiques
Conclusion Générale
