Soutenance mémoire
Les sources d’émission du fluor
Sources naturelles
Étant l’élément le plus électronégatif et un puissant oxydant de la chimie, le fluor est communément présent dans la fluorine (CaF2), la cryolithe (Na3AlF6), la fluoroapatite (3Ca3(PO4)2.CaF2). On le trouve sous forme de fluorine dans les roches sédimentaires et la cryolithe dans les roches ignées [21]. Le fluor est libéré naturellement dans l’environnement par différents processus parmi lesquels : la météorisation chimique des roches, le dégazage volcanique et l’émission d’aérosols marins [20, 22, 23]. L’émission de fluor généré par les réactions de dissolution et d’hydrolyse des minéraux fluorés présents dans les roches sédimentaires ignées et volcaniques dépend de certains facteurs tels que le climat, la nature des minéraux fluorés et les conditions physicochimiques locales, plus particulièrement de l’acidité [24, 25]. La météorisation chimique est favorisée dans les régions chaudes et humides [26]. L’activité volcanique et hydrothermale est une autre source importante d’émission de fluor dans l’environnement, principalement sous forme de gaz l’acide fluorhydrique (HF). Plus de 90% de la libération du fluor se produit pendant le dégazage au repos [27]. Environ 20% de la quantité totale de fluor présent dans le magma peuvent être libérés, lors d’une éruption volcanique. La majeure partie de ce fluor magmatique est piégé dans les minéraux formés lors du refroidissement du magma. Les émissions volcaniques libèrent environ 0,06 à 6 Tg de fluor par an dans l’atmosphère [28].
Environ 12% des volcans actifs ont un lac acide au niveau de leur cratère, qui est très souvent riche en fluor. L’eau provenant de ces lacs peut poser des problèmes car elle contamine les cours d’eau environnants. La combustion domestique de charbon riche en fluor est très utilisée en Chine constitue aussi une source d’émission de fluor [29]. La troisième source naturelle majeure de fluor provient de l’aérosol marin, qui contribue à environ 20.000 kg dans le monde. La teneur en fluor dans l’eau de mer est relativement élevée. Elle est de l’ordre de 1,2 à 1,4 mg L-1 .
Sources anthropiques
Les contributions en fluorures de sources naturelles comme les éruptions volcaniques, la poussière de roche ou le milieu marin sont relativement faibles dans l’atmosphère. La plupart des fluorures dans l’atmosphère proviennent de sources anthropiques, qui comprennent les fonderies d’aluminium, les usines d’engrais et les activités industrielles telles que la production de fer et d’acier, la combustion de combustibles fossiles, les cimenteries et la fabrication de verre [31]. Avant les années 90, l’acide fluorhydrique (HF) était utilisé comme catalyseur dans la production de certains hydrocarbures ramifiés au niveau de l’industrie pétrolière. Il en résultait un important dégagement de ce dernier dans l’atmosphère. Pour des raisons de toxicité et de corrosion causées par la libération de HF, le secteur s’est tourné ainsi vers des catalyseurs solides. Aujourd’hui, ce secteur est ainsi une source marginale de fluor [22, 32]. L’atome de fluor est omniprésent dans les médicaments, par exemple, le Prozac et de nombreuses autres substances telles que les fréons (Chlorofluorocarbure [CFC]), le Téflon [33]. Les chlorofluorocarbures, ainsi que leurs substitués sont impliqués dans l’appauvrissement de la couche d’ozone et font partis des gaz à effet de serre graves et avec d’autres gaz contenant du fluor tels que SF6 (Hexafluorure de soufre) et NF3 (Trifluorure d’azote) qui représentent 2% des émissions mondiales de gaz à effet de serre (GIEC, 2014) [34]. La libération du fluor par l’industrie dans l’atmosphère a entrainé une augmentation de sa concentration dans le thé au cours des 20 dernières années. Cette même concentration augmente avec le temps de trempage dans l’eau .
Impacts du fluor sur la santé publique
Il est connu que le fluorure est un élément essentiel dans l’eau potable. Cet oligoélément participe activement à la santé des dents, en particulier dans la prévention des caries dentaires et joue un rôle important dans la solidité osseuse. Cependant, lorsque la concentration de fluorure dans l’eau potable est supérieure à 1,5 mg/L, il peut avoir des effets nocifs sur la santé humaine comme la fluorose (dentaire et osseuse) [36]. La fluorose est l’effet indésirable le plus fréquent du fluor. Il s’agit d’une hyper minéralisation permanente de l’émail de la dent survenant à la suite d’une exposition à une quantité importante du fluor. On n’a pas déterminé avec précision la dose exacte de fluor causant la fluorose, mais on pense qu’elle se situe aux alentours de 0,1 mg/kg par jour [37].La fluorose dentaire est une perturbation du développement de l’émail dentaire causée par une exposition excessive à des concentrations supérieure à 1,5 mg.L-1 de fluorure pendant le développement des dents. Le risque de fluorose survient entre 3 mois et 8 ans. Dans ses formes légères, la fluorose apparaît souvent sous forme de stries ou taches blanches dans l’émail dentaire. Dans sa forme la plus grave, l’apparence des dents est gâchée par une décoloration ou marques brunes. La gravité de la fluorose dentaire dépend de certains facteurs tels que la concentration du fluorure consommé, de l’âge de l’enfant, du poids, du degré d’activité physique [38]. La fluorose dentaire ne reflète cependant que les effets de leur ingestion excessive au cours des premières années de la vie, et de la période de minéralisation des dents permanentes, avant leur éruption. La prévalence de la fluorose dentaire repose sur un diagnostic basé sur la classification de Dean.
Le diagnostic de la fluorose dentaire (d’intensité variable avec cinq stades évolutifs) repose sur des investigations dentaires basées sur une classification utilisant l’indice de Dean :
– 0 : normal
– 1 : fluorose très légère
– 2 : fluorose tempérée
– 3 : fluorose modérée
– 4 : fluorose sévère .
La fluorose osseuse résulte de l’accumulation excessive de fluor dans les os, entraînant des modifications dans la structure des os et les rend extrêmement fragiles et cassants. Les premiers stades de fluorose osseuse se caractérisent par une masse osseuse accrue qu’on peut détecter par des rayons X. Si l’apport en fluorures reste très élevé pendant de nombreuses années, les changements au niveau de la structure osseuse peuvent conduire à une raideur et des douleurs au niveau des articulations. La plus sévère des fluoroses osseuses est connue sous le nom de « fluorose osseuse invalidante ». Elle peut se traduire par une calcification des ligaments, une immobilité des muscles, une perte de muscles ainsi que des problèmes de nerf liés à la compression de la moelle épinière .
Le nombre total de personnes atteintes par cette maladie n’est pas connu, mais on l’estime à des dizaines de millions de cas. Elle peut être aussi causée par l’inhalation de poussières ou de fumées de fluorure par les travailleurs de l’industrie, l’utilisation du charbon (en Chine) et la consommation de fluorure contenu dans l’eau potable [44]. L’indice de Dean était significativement associé au faible poids des nouveaux nés. Toutefois, le risque d’avoir un faible poids augmentait avec la valeur de l’indice. Il était de 2,77 fois plus élevé chez les mères des sujets quand l’indice était de 3. Il passait à 3,2 lorsqu’il était de 4 [45]. Une région géographique peut naturellement avoir du fluor dans ses eaux de boisson. De même, on peut aussi rajouter artificiellement du fluor dans les eaux de boisson d’une région qui en est dépourvue. Dans les deux cas, il y a pour chaque eau de boisson un seuil en fluor à ne pas dépasser, au risque d’être toxique pour la consommation humaine .
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I : ÉTUDE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LE FLUOR
Introduction
I- Généralités
II- Les sources d’émission du fluor
II-1 Sources naturelles
II-2 Sources anthropiques
III- Impacts du fluor sur la santé publique
IV Techniques de défluoruration
IV-1 Technique membranaire
IV-1-1 Électrodialyse
V-1-2 Nanofiltration
V-1-3 Osmose inverse
V-2- Technique électrochimique
V-2-1 Électrocoagulation
V-2-2 Électrosorption
V-3 Techniques classiques
V-3-1 Échange d’ions et précipitation
V-3-2 Adsorption
Conclusion
Références
Chapitre II : Synthèse et caractérisation de nanocomposite à base de polymethylpyrrole et d’argile pour le traitement du fluor contenu dans les eaux de robinet de Kaolack (Sénégal)
Introduction
I-Partie expérimentale
I-1 Matériels et produits
I-1-1 Produits
II-1-2 Matériels
I-2 Synthèse et caractérisation du nanocomposite à base de polymethylpyrrole et d’argile (PMPy-Arg)
I-3 Description des conditions d’adsorption
I-4 Méthode de traitement des eaux
II Résultats et discussion
II-1 Détermination pH du point de zéro charge (PZC)
II .2 Caractérisation du nanocomposite
II.2.1 Par Méthode Spectroscopie IR
II-2-2 Par la méthode électrochimique
II.3 Optimisation des paramètres de traitement
II-3-1 Effet du temps de contact (la cinétique d’adsorption)
II-3-2 Cinétique d’adsorption du fluor
II-3-3 Effet de la masse du nanocomposite
II-3-4 Effet du pH
II-3-5 Étude des paramètres thermodynamiques
II-3-6 Variation de la quantité adsorbée qe en fonction de la concentration initiale en fluor
II-3-7 Modélisation des isothermes d’équilibre d’adsorption
II-3-7-1 Isotherme de Freundlich
III-3-7-2 Isotherme de Langmuir
II-4 Caractérisation des eaux de robinet de la ville Kaolack
II-5 Application dans les eaux de boissons de la ville de Kaolack
CONCLUSION
Références
