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Définition et caractéristiques d‟un colorant
Un colorant est une substance chimique ayant la capacité de teindre une fibre ou tout support avec lequel il a une affinité particulière. Les colorants organiques acides et basiques ont une affinité particulièrement développée pour les fibres, ce qui par conséquent explique leur persistance dans l‟environnement. En effet, dans le but de prolonger leur durée de vie, les colorants chimiques appliqués et les produits textiles résultant doivent répondre à un certain nombre de critères tels que la résistance à l‟abrasion, une stabilité photolytique, la résistance à l‟oxydation et aux attaques biologiques [2]. Les colorants sont caractérisés par leur capacité à absorber les radiations du spectre de la lumière visible (380-750 nm) grâce à leurs groupes chromophores et/ou auxochromes. Les groupes auxochromes les plus présents sont: -NH2 (amino), -COOH (carboxyl), -SO3H (sulfonâtes), et –OH (hydroxyl). En revanche, les chromophores sont des groupes aromatiques (système π), conjugués (liaison π), comportant des liaisons non liantes (électron n) ou des complexes des métaux de transition. Les groupes chromophores sont représentés par le groupe azo (-N = N-), le groupe d’éthylène (= C = C =), un groupe méthine (-CH =), un groupe carbonyle (=C = O), carbone-azote (= C = NH; -CH = N-), carbone-soufre (= C = S; ≡CS-SC≡), nitro (-NO2; -NO-OH), nitrozo (-N = O; = N-OH), etc [3].
Caractéristiques des effluents textiles
La technologie la plus courante dans la fabrication du textile regroupe plusieurs étapes successives nécessitant chacune des agents ou réactifs spécifiques. Cependant, la dernière étape de teinture consiste à ajouter de colorants aux fibres et requière l‟utilisation d‟un grand volume d‟eau pour préparer le bain de teinture et le rinçage. Selon les différentes étapes et les modes d‟utilisations des colorants dans une industrie textile, ou de tanneries, il en résulte des effluents ayant des caractéristiques variables. Par conséquent, les rejets liquides industriels véhiculent une importante pollution organique et toxique. Plusieurs études ont rapporté que plus de 100000 colorants sont disponibles sur le marché mondial avec une production annuelle estimée à plus de 7 × 105 tonnes de colorants [5]. Selon Eren et al, 2012 [7], environ 280 000 tonnes de colorants textiles sont actuellement rejetés dans les effluents chaque année à cause de grands volumes d’eaux usées générées dans divers procédés de cette industrie [8]. Par exemple, 4% des colorants réactifs sont perdus au cours de la teinture à cause de leur bonne solubilité dans l’eau [9]. En effet, les industries textiles sont parmi les plus consommatrices d‟eau et de réactifs chimiques complexes tels que les surfactants, les savons, les huiles, les matières grasses, des solvants et des sels. Il faut entre 200 et 400 L d‟eau pour produire 1 kg de tissu [10], avec une perte estimée à 75% de colorants dans les effluents [11]. Ces effluents sont considérés comme très complexes car ils contiennent les sels, surfactants, les ions métalliques (Cr3+, Cu2+, Zn2+ etc..) et leurs complexes, les composés organiques toxiques, les biocides et des anions toxiques [12]. On peut y trouvé également des produits organiques et inorganiques tels que les agents de finition, des tensioactifs, des inhibiteurs, des substances actives, des composés chlorés, des substances colorantes, du phosphate, des solides dissous et matières en suspension (MES) [13]. En outre, ces industries utilisent d‟autres substances organiques d‟origines synthétiques telles que les acides organiques, les agents liants, les agents réducteurs, les diluants et les agents dispersants. Ce sont des substances auxiliaires de la production du textile qualifiées de «xénobiotiques» à cause de leur persistance biologique c’est-à-dire récalcitrantes et même de nature toxique [14]. D‟une manière générale, les effluents textiles contiennent des produits chimiques toxiques, cancérigènes, mutagènes ou tératogènes sur diverses espèces de poisson [15]. Ce sont pour la plupart des composés aromatiques complexes présentant une grande diversité structurale leur accordant un degré de stabilité chimique, biologique et photocatalytique élevé. En outre, ils présentent une grande résistance aux microorganismes, à l’exposition à la lumière solaire; en d’autres termes, ils sont résistants à la dégradation biologique et photochimique [16]. Cependant, la matière colorante constitue le problème majeur, car en plus de créer un problème esthétique, elle diminue la solubilité des gaz et la transparence de l’eau. Par conséquent, les effluents textiles causent des dommages dans les écosystèmes récepteurs.
Les techniques d‟oxydation classique
Les procédés d‟épuration par voie biologique sont basés sur la biotransformation microbienne des colorants. Cependant, la majorité des colorants sont très stables et non biodégradables. Si ces techniques sont adaptées à un grand nombre de polluants organiques, elles ne sont pas toujours applicables sur les effluents industriels en raison des fortes concentrations de polluants, de leur toxicité qui entraînerait la mort des microorganismes ou de leur très faible biodégradabilité. De plus, ces techniques génèrent de quantités importantes de boues devant être retraiter et donc un coût supplémentaire au procédé. Lorsque les eaux usées contiennent des micropolluants toxiques, persistants et non biodégradables, les procédés biologiques et physico-chimiques restent inefficaces et l’oxydation chimique s’impose. Les techniques d’oxydation chimique permettent d‟oxyder partiellement ou totalement les matières organiques, les germes vivants, les bactéries et les métaux tels que le fer ou le manganèse. Ainsi, les agents oxydants tels que le chlore, le peroxyde d‟hydrogène et l‟ozone sont principalement utilisés. Cependant l’oxydation chimique avec l’un de ces oxydants n’est pas toujours efficace pour le traitement des polluants organiques émergents. En effet, les colorants étant conçus pour résister à la dégradation, ils sont stable chimiquement, non biodégradables, toxiques et cancérigènes [32]. D‟une part les techniques classiques de traitement tels que l‟adsorption [33], la coagulation [34] et la filtration [35] sont moins adaptées parce qu‟elles transportent la pollution d‟une phase à une autre et nécessitent un procédé de retraitement ultérieur de concentrât. D‟autre part, le traitement biologique [36] est limitée à cause de la grande stabilité des colorants [37], induisant une faible minéralisation [31, 34, 38] et aussi la formation de quantité importante de boues à retraiter, ce qui augmente le coût du procédé. Dans certains cas, l‟oxydation chimique classique reste insuffisante, soit pour des raisons de rapidité (cinétique lente), soit parce que certains polluants sont réfractaires, ou encore parce que l’oxydation reste partielle et conduit à la formation d’intermédiaires plus toxiques que le polluant initial. Pour pallier à toutes ces limites, les technologies émergentes d‟oxydation avancée, toutes basées sur la formation in situ d‟espèces radicalaires oxydantes, ont été développées.
Analyse de la composition chimique par spectrophotométrie d‟absorption atomique
La spectrophotométrie d‟absorption atomique permet le dosage mono-élémentaire des éléments majeurs d‟un échantillon. Pour cela un tube en graphite placé dans l‟axe optique du spectromètre est chauffé par effet de Joule suivant un programme électrothermique adéquat et balayé par un gaz inerte. L‟échantillon est introduit à l‟intérieur du tube en graphite, ensuite le cycle thermique se déroule en trois étapes principales : Séchage, décomposition et atomisation. Cette technique a permis d‟obtenir la composition chimique de la latérite à l‟aide d‟un équipement Varian 220Z. Les résultats sont exprimés en pourcentage massique des différents éléments chimiques sous forme de leurs oxydes les plus stables
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
I.1. Généralités sur la pollution de l‟eau par les colorants organiques et les dérivés phénoliques
I.1.1. Les colorants textiles
I.1.1.3. Les effluents des industries textiles
I.1.2. Les dérivés phénoliques
I.1.3. Législation sur l‟environnement
I.2. Les techniques de traitement des effluents aqueux
I.2.1. Les techniques classiques
I.2.2. Les procédés d‟oxydation avancée
I.3. Conclusion
CHAPITRE II : CONDITIONS EXPERIMENTALES ET METHODES D‟ANALYSES
II.1. Conditions expérimentales
II.1.1. Réactifs chimiques, solvants, éluant
II.1.2. Les dispositifs expérimentaux
II.2. Les techniques d‟analyses en phase aqueuse
II.2.1. Dosage par spectrophotométrie UV-Vis
II.2.2. Analyse par Chromatographie Liquide Haute Performance
II.2.3. Analyse par Chromatographie Ionique
II.2.4. Analyse par Chromatographie Gazeuse couplé à la Spectrométrie de Masse
II.2.5. Mesure du carbone organique total (COT)
II.3. Techniques de caractérisation du catalyseur (latérite)
II.3.1. Analyse de la composition chimique par spectrophotométrie d‟absorption atomique
II.3.2. Diffractométrie aux rayons X
II.3.3. Spectroscopie Infrarouge
II.3.4. Spectroscopie Raman
II.3.5. Mesure de la surface spécifique
II.4. Expressions des résultats
II.4.1. Taux de dégradation du polluant
II.4.2. Taux de minéralisation
CHAPITRE III : ETUDE DE L‟OXYDATION DES POLLUANTS (4- CHLOROPHENOL ET ORANGE G) PAR LES PROCEDES PHOTO-FENTON ET LE PLASMA NON-THERMIQUE DE TYPE GLIDARC ASSISTE DE LA PHOTOCATALYSE
III.1. Oxydation du 4-chlorophenol par le procédé photo-Fenton
III.1.1.Etude de la dégradation du 4-chlorophenol par le procédé photo-Fenton
III.1.2.Etude cinétique de la minéralisation du 4-CP
III.1.3.Etude comparative de l‟oxydation de 4-CP par des différents processus mis en jeu dans le procédé photo-Fenton
III.1.4.Analyse des intermédiaires réactionnels
III.1.5. Mécanisme d‟oxydation du 4-chlorophenol par le procédé photo-Fenton
III.2. Etude de l‟oxydation de l‟Orange G par le procédé photo-Fenton
III.2.1. Etude spectrale de la disparition de l‟Orange G
III.2.2. Optimisation des paramètres opératoires
III.2.3. Etude comparative des différents processus mis en jeu dans le procédé photoFenton
III.2.4. Analyse des sous-produits de dégradation
III.2.5. Mécanisme d‟oxydation de l‟Orange G par le procédé photo-Fenton
III.3. Etude de l‟oxydation de l‟Orange G par le plasma glidarc assisté de la photocatalyse
III.3.1. Le plasma non-thermique de type glidarc en atmosphère humide
III.3.2. Etude de l‟oxydation de l‟OG par plasma-photocatalyse homogène
III.3.3. Etude de l‟oxydation de l‟OG par le procédé combiné “plasma-photocatalyse” hétérogène sur latérite naturelle
III.3.4. Etude comparative des procédés d‟oxydation avancée utilisés dans l‟oxydation de l‟Orange G
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES
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