Generalites sur le charbon actif

L’eau est un élément essentiel pour tous les êtres vivants. Elle se rétablit et se purifie naturellement en permettant aux polluants de se détruire. Cependant, une dose importante de polluants introduite dans l’eau réduit la vitesse de ce phénomène naturel. Certaines de ces substances, lorsqu’elles se retrouvent dans l’eau, sont qualifiées de micropolluants. Ce terme désigne un polluant à dose infinitésimale de l’ordre de 10µg.L⁻¹ et qui est susceptible d’avoir une action toxique et un impact notable sur la dégradation des écosystèmes. Parmi eux, les métaux lourds, les plus préoccupants sont le cadmium (Cd), le chrome (Cr), le cuivre (Cu), le mercure (Hg), le nickel (Ni), le plomb (Pb), l’arsenic (As) et le zinc (Zn).

A Madagascar, avec l’industrialisation et l’urbanisation, les polluants affectent les eaux de surface et même les nappes phréatiques. L’approvisionnement en eau potable est limité, le réseau du JIRAMA est concentré dans les zones urbaines et périurbaines. Les ruraux sont obligés de puiser directement dans les nappes ou les cours d’eau. Etant donné l’omniprésence de ces éléments dans les eaux naturelles et face aux risques sanitaires liés à l’inaccessibilité de l’eau potable, l’intérêt de leurs éliminations par des méthodes non coûteuses, efficaces et d’applications faciles s’avère important.

GENERALITES SUR LES METAUX

Définitions et origines

Définitions

Depuis plusieurs décennies, les micropollutions sont les premiers soucis des responsables du service d’eau. Les micropollutions sont appelées substances indésirables qui se trouvent dans l’eau avec des proportions supérieurs ou égales à 1mg.L⁻¹ [3]. Comme leur nom indique, il s’agit des substances à très faibles doses. Certaines de ces micropolluants sont connues sous l’appellation de « métaux lourds ».

Le terme « métaux lourds » est définie comme les éléments métalliques naturels, métaux ou encore métalloïdes (l’arsenic) spécifiés par une masse volumique élevée, supérieur à 5 grammes par cm³ . En effet, les métaux lourds comprenaient aussi des métaux légers (l’aluminium). Ce terme, impliquant une notion de toxicité, est souvent utilisé pour les nonmétaux (le sélénium) [12 ; 25]. Selon le rapport sur « Les effets des métaux lourds sur l’environnement et la santé », « L’appellation métaux lourds est cependant une appellation courante qui n’a ni fondement scientifique, ni application juridique » [25].

Cependant, il convient mieux de les appeler : « éléments traces métalliques » (ETMs) du fait qu’ils sont toxiques même à des doses infinitésimales. Dans le traitement des eaux, les plus contrôlés de ces métaux sont : le plomb (Pb), le cadmium (Cd), le mercure (Hg), l’arsenic (As), le chrome (Cr), le nickel (Ni), le sélénium (Se), le zinc (Zn). Parmi eux, les trois premiers sont les plus toxiques.

Origines naturelles

Les éléments traces métalliques (ETMs) sont présents à l’état de traces dans l’écorce terrestre et dans tous les compartiments de la biosphère. Notamment, ils sont accrus lors des éruptions volcaniques. D’autre processus naturels comme les feux de forêts, la dégradation et l’érosion du sol contribuent de façon significative à la libération de certains métaux [3 ; 12]. Bien que les ETMs existent à l’état naturel dans l’eau de mer, les minéraux ou les composés volcaniques, c’est l’homme avec ses activités qui est responsable de la libération d’une importante quantité de ces éléments dans l’environnement.

Origines anthropiques

Parmi les sources anthropiques, nous pouvons citer : les exploitations minières, l’industrie métallurgique et sidérurgique, les déchets industriels et domestiques, par exemples, les piles, les batteries, les emballages, etc., les engrais et les pesticides employés dans la culture, les incinérations des déchets contenant des métaux, l’épandage des boues, les amalgames dentaires, les produits d’usage courant comme les peintures (le jaune de Naples, l’orange de cadmium, le vermillon de mercure), les fumées des cigarettes et les rejets des véhicules à moteur.

L’eau et les métaux lourds

L’eau est très indispensable à l’industrie. Elle est utile dans le transport de matières premières, l’alimentation, le refroidissement des installations, et les rejets des effluents industriels. De ce fait, la propagation des ETMs dans les milieux aquatiques est critique. Tous les rejets sont déversés dans les eaux. Cependant, les ETMs s’accumulent au fur et à mesure des absorptions à travers la chaîne alimentaire par la bioaccumulation .

Le mode de contamination du milieu aquatique par les métaux lourds peut être englobé par trois voies selon : la pollution par les cours d’eau et canalisation, la pollution par l’atmosphère et la pollution maritime directe.

Dangers des métaux lourds sur la santé

Les métaux lourds peuvent s’introduire dans l’organisme par l’absorption, par voie respiratoire et/ou par le biais des aliments, le poisson, la viande, les produits agricoles, et l’eau. L’exposition chronique et surtout aiguë est associé aux troubles du développement, à divers cancers, à l’atteinte rénale et même à la mort. La plus connue des intoxications du plomb est le saturnisme connu aussi sous l’appellation de « coliques de plomb » [3]. Car une fois dans l’organisme, le métabolisme va utiliser ses moyens pour piéger les métaux lourds et les détruire. Le foie est comme toujours en première liste dans le processus de désintoxication. Au cas de l’entrée abondante des métaux lourds dans l’organisme, ils s’accumulent dans le corps humain et se concentrent dans le foie, les reins, le cerveau, le squelette et les tissus kératinisés .

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Table des matières

Introduction générale
Partie A : Etude bibliographique
I. GENERALITES SUR LES METAUX LOURDS
I.1. Définitions et origines
I.1.1. Définitions
I.1.2. Origines naturelles
I.1.3. Origines anthropiques
I.2. L’eau et les métaux lourds
I.3. Dangers des métaux lourds sur la santé
I.4. Aspect réglementaire
II. GENERALITES SUR LE CHARBON ACTIF
II.1. Introduction sur le charbon actif
II.2. Applications
II.3. Procédés de fabrication du CA
II.3.1. La carbonisation
II.3.2. L‘activation physique
II.3.3. L’activation chimique
II.4. Descriptions du CA
II.4.1. Propriétés texturales
II.4.2. Propriétés chimiques
III. RETENTION DES METAUX LOURDS PAR LE CHARBON ACTIF
III.1. Théorie d’adsorption
III.1.1. Définition
III.1.2. Adsorption physique
III.1.3. Adsorption chimique
III.1.4. Les adsorbants
III.2. Mécanisme d’adsorption
III.3. Paramètres affectant l’adsorption
III.4. Isotherme d’adsorption
III.4.1. Capacité d’adsorption
III.4.2. Modèles d’isotherme
III.4.2.1. Isotherme de Langmuir
III.4.2.1. Isotherme de Freundlich
III.5. Régénération du CA
IV. POLAROGRAPHIE
Partie B : Etude expérimentale
V. PREPARATION DU CHARBON ACTIF
V.1. Matériels
V.2. Méthodes
V.2.1. Choix de la matière première et de l’agent activant
V.2.2. Modes opératoires
V.2.2.1. Etape préliminaire
V.2.2.2. Etape d’imprégnation
V.2.2.3. Etape d’activation chimique
V.3. Résultats et discussions
VI. ADSORPTION DU PLOMB PAR LE CA
VI.1. Matériels
VI.2. Méthodes
VI.2.1. Choix de métaux lourds
VI.2.2. Préparation des solutions
VI.2.3. Dosage du plomb
VI.3. Résultats et discussions
VI.3.1. Isotherme d’adsorption du plomb sur le CA
VI.3.2. Modélisation d’isotherme d’adsorption du plomb
VI.3.2.1. Modèle de Langmuir
VI.3.2.2. Modèle de Freundlich
Conclusion générale