Soutenance mémoire
Généralités sur les colorants
Vers la fin du XIXème siècle, les couleurs ne pouvaient être obtenues qu’à partir d’éléments naturels [1]. L’industrie des matières colorantes est née en Angleterre en 1856, avec la découverte de Perkin. Cette dernière constitue aujourd’hui un domaine capital de la chimie. Les colorants sont employés pour l’impression et la teinture des fibres textiles, des papiers, des cuirs, des fourrures, des bois, des matières plastiques et des élastomères. Ils servent aussi à préparer des peintures, des encres d’imprimerie, des vernis et comme additifs, à colorer des produits alimentaires et pharmaceutiques. Ils sont utilisés dans l’industrie cosmétiques, la coloration des métaux (aluminium anodisé), la photographie (sensibilisateurs), la biologie (coloration des préparations microscopiques), les indicateurs colorés, et certains d’entre eux sont employés en thérapeutique (antiseptiques, antimalariques, etc.) [2]. On distingue deux grandes familles de colorants : les colorants naturels (extraits de matières minérales ou organiques) et ceux issus de la synthèse chimique. Les premiers colorants employés par l’Homme semblent avoir été d’origine minérale (terres colorées). Quand celui-ci a maîtrisé la technique du tissage, il s’est servi de teintures d’origine végétale ou animale [2]. Dès lors, la majorité des colorants utilisés sont d’origine végétale, extraits des plantes, des arbres ou des lichens, ou bien d’origine animale, extraits des insectes comme le kermès ou des mollusques comme la pourpre. Mais le nombre de colorants naturels n’a jamais excédé quelques dizaines, alors que les colorants synthétiques comptent plus de sept mille exemplaires .
Les colorants synthétique
Les colorants de synthèse ont progressivement supplanté les colorants naturels. Les recherches, menées depuis le milieu du XIXème siècle, ont débouché sur la fabrication de très nombreuses familles de colorants, où l’on trouve souvent des imitations de la structure chimique des colorants naturels. Cette recherche a joué également un rôle important dans l’essor de la chimie organique et dans la compréhension de la nature des molécules [2]. La mauvéine , le premier colorant de synthèse, a été découvert par hasard par William Henry Perkin en 1856. Elle a été obtenue à partir de l’aniline (tirée du goudron de houille) par action de l’acide sulfurique en présence de bicarbonate de potassium et a permis de teindre la soie en violet [2]. Ce premier succès encouragea les chercheurs, qui soumirent l’aniline et la mauvéine à l’action des réactifs les plus divers dans l’espoir de préparer de nouveaux colorants. On vit ainsi apparaître d’autres colorants d’aniline, comme la fuchsine , découverte en 1858 par François Emmanuel Vergues [3].
Les premiers colorants dits « azoïques » furent découverts en Grande-Bretagne en 1860. Ils évincèrent rapidement les colorants à base d’aniline, dont la résistance à la lumière était faible. Mais c’est à l’industrie allemande que revient la contribution la plus importante à l’essor de l’industrie des colorants [2].
Les colorants textiles
Un colorant doit posséder, outre sa couleur propre, la propriété de teindre. Cette propriété résultant d’une affinité particulière entre le colorant et la fibre est à l’origine des principales difficultés rencontrées lors des traitements. En effet, selon le type d’application et d’utilisation, les colorants synthétiques doivent répondre à un certain nombre de critères afin de prolonger la durée de vie des produits textiles sur lesquels ils sont appliqués : résistance à l’abrasion, stabilité photolytique des couleurs, résistance à l’oxydation chimique (notamment les détergents) et aux attaques microbiennes [3]. L’affinité du colorant pour la fibre est particulièrement développée pour les colorants qui possèdent un caractère acide ou basique accentué. Ces caractéristiques propres aux colorants organiques accroissent leur persistance dans l’environnement et les rendent peu disposés à la biodégradation [5]. Les matières colorantes se caractérisent par leur capacité à absorber les rayonnements lumineux dans le spectre visible (de 380 à 750 nm) [3]. La transformation de la lumière blanche en lumière colorée par réflexion sur un corps, ou par transmission ou diffusion, résulte de l’absorption sélective d’énergie par certains groupes d’atomes appelés chromophores, la molécule colorante étant le chromogène . Plus la facilité du groupe chromophore à donner un électron est grande, plus la couleur sera intense . D’autres groupes d’atomes du chromogène peuvent intensifier ou changer la couleur dû au chromophore : ce sont les groupes auxochromes .
De manière générale, les colorants consistent en un assemblage de groupes chromophores, auxochromes et de structures aromatiques conjuguées (cycles benzéniques, anthracène, pérylène, etc….). Lorsque le nombre de noyaux aromatiques augmente, la conjugaison des doubles liaisons s’accroît et le système conjugué s’élargit. L’énergie des liaisons π diminue tandis que l’activité des électrons π ou n augmente et produit un déplacement vers les grandes longueurs d’onde. De même, lorsqu’un groupe auxochrome donneur d’électrons (amino, hydroxy, alkoxy, etc.….) est placé sur un système aromatique conjugué, ce groupe se joint à la conjugaison du système π, la molécule absorbe dans les grandes longueurs d’onde et donne des couleurs plus foncées .
Classification des colorants
Contrairement à l’usage établi en chimie organique, la terminologie employée dans le domaine des colorants n’obéit à aucune règle absolue. Une classification rationnelle des matières colorantes organiques présente de grandes difficultés. Certains auteurs regroupent ces colorants d’après leur constitution chimique , en tenant compte de la nature des chromophores, qui constitue le squelette nécessaire à la coloration de la molécule. L’ensemble des chromophores ont en commun la présence au sein de l’édifice moléculaire une suite de doubles liaisons conjuguées, parmi lesquelles figurent le plus souvent des noyaux aromatiques ou pseudo-aromatiques. Cette classification présente un intérêt pour le fabricant des matières colorantes, selon laquelle on distingue plusieurs classes dont les plus importantes sont représentées par les colorants azoïques et les colorants anthraquinoniques .
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Table des matières
Introduction générale
Références bibliographiques
Chapitre I : Synthèse bibliographique
Introduction
I.1 Généralités sur les colorants
I.1.1 Les colorants synthétiques
I.1.2 Les colorants textiles
I.1.3 Classification des colorants
I.1.4 Les colorants azoïques
I.1.5 Orange G
I.2 Traitement des effluents colorés
I.3 Procédés d’oxydation avancée POA
I.3.1 Définition
I.3.2 Radicaux hydroxyles
I.3.2.1 Description et caractéristiques de HO•
I.3.2.2 Réactivité des radicaux hydroxyles HO•
I.3.2.2.a Mode d’action
I.3.2.2.b Cinétique de réaction
I.3.3 Classification des procédés d’oxydation avancés
I.4 Procédé Fenton
I.5 Procédé Electro-Fenton
I.6 Procédé Sono-Electro-Fenton
I.6.1 Ultrasons
I.6.1.1 Définitions et classification
I.6.1.2 Génération des ondes ultrasonores
I.6.1.3 Dynamique d’une cavitation acoustique
I.6.1.4 Les effets induits par les ultrasons
I.6.1.4.1 Effets physique
I.6.1.4.2 Effets chimique
I.6.1.5 Influence de différant paramètres sur le phénomène de cavitation
I.6.1.5.1 Fréquence des ultrasons
I.6.1.5.2 Puissance acoustique
I.6.1.5.3 Propriétés physico-chimiques du milieu liquide
I.6.2 Couplage ultrason/POA
I.6.3 Couplage procédés électrochimique /ultrasons
Conclusion
Références bibliographiques
Chapitre II : Dégradation d’un colorant azoïque l’Orange G (OG) dans l’eau par le procédé Fenton
Introduction
II.1 Matériel et réactifs
II.1.1 Réactifs
II.1.2 Dispositif expérimental
II.2 Méthodes
II.2.1 Dosage du colorant
II.2.2 Dosage du peroxyde d’hydrogène
II.2.3 La demande chimique en oxygène (DCO)
II.2.4 Démarche expérimentale de l’étude de l’oxydation du colorant OG par Le réactif Fenton
II.3 Résultats et discussion
II.3.1 Évaluation des conditions d’oxydation optimales
II.3.1.1 Choix des réactifs inorganiques ajoutés
II.3.1.2 Effet du pH initial
II.3.1.3 Effet de la vitesse d’agitation
II.3.1.4 Effet de la température
II.3.1.5 Effet de la concentration initiale en Fe2+
II.3.1.6 Effet de la concentration initiale en H2O2
II.3.1.7 Effet de la concentration initiale du colorant
II.3.2 Suivi de la dégradation de l’OG par spectrophotométrie UV-visible
II.3.3 Suivi de la DCO
II.3.4. Dégradation de l’OG dans différentes matrices naturelles
Conclusion
Références bibliographiques
Chapitre II : Dégradation d’un colorant azoïque l’Orange G (OG) dans l’eau par le procédé électro-Fenton
Introduction
III.1 Matériel et réactifs
III.1.1 Réactifs
III.1.2 Dispositif expérimental et procédure
III.2 Résultats et discussion
III.2.1 Effet de l’intensité du courant appliquée
III.2.2 Effet de l’électrolyte support
III.2.3 Effet du pH initial de la solution
III.2.4 Effet de la concentration initiale en Fe2+
III.2.5 Effet de la température
III.2.6 Effet de la concentration initiale du colorant
III.3 Suivi de la dégradation de l’OG par spectrophotométrie UV-visible
III.4 Dégradation de l’OG dans des matrices naturelles
Conclusion
Références bibliographiques
Chapitre IV : Dégradation d’un colorant azoïque l’Orange G (OG) dans l’eau par le procédé sono-électro-Fenton
Introduction
IV.1 Matériel et réactifs
IV.1.1 Réactifs
IV.1.2 Dispositif expérimental et procédure
IV.2 Résultats et discussion
IV.2.1 Effet des ultrasons dans le procédé électro-Fenton
IV.2.2 Effet du pH initial de la solution
IV.2.3 Effet de la concentration initiale de colorant
IV.2.4 Effet de l’intensité du courant électrique
IV.2.5 Effet de la concentration en Fe2+
IV.3 Effet de matrices naturelles sur la dégradation de l’OG
IV.4 Suivi de la DCO
Conclusion
Références bibliographiques
Conclusion générale
Annexes
