Pollution des eaux par les colorants

La pollution engendrée par les eaux usées industrielles est devenue un sérieux problème pour de nombreux pays. Les effluents des usines de fabrication des colorants et des industries qui les consomment sont fortement colorés et caractérisés par une demande biochimique en oxygène (DBO) et une demande chimique en oxygène (DCO) élevées. Le déversement de ce type d’effluent engendre une coloration du milieu récepteur. Les colorants réduisent la pénétration de la lumière du soleil dans les eaux du milieu récepteur, retardent la photosynthèse et sursoient la croissance de la flore aquatique. Les colorants peuvent également engendrer des effets très néfastes dans les eaux lorsqu’ils subissent une dégradation anaérobique dans les sédiments, du fait de la formation d’amines très toxiques issues de leur dégradation incomplète par les bactéries. Le déversement direct des eaux usées chargées en colorants dans les usines municipales d’eaux usées et/ou dans l’environnement peut entraîner la formation de produits de décomposition cancérogènes. De nos jours, il existe plus de 10.000 colorants appartenant à diverses classes chimiques.

POLLUTION DES EAUX PAR LES COLORANTS

La couleur est le premier indicateur de la contamination des eaux. Beaucoup d’industries, telles que le textile, la papeterie, le plastique, l’agro-alimentaire et le cosmétique, utilisent des colorants organiques (solubles ou pigmentaires) pour la coloration de leurs produits finis. Dans la section de teinture d’une industrie textile, environ 1 m³ d’eau est utilisé pour chaque 1000 kg de vêtements traités [1]. En effet, il est connu que certains colorants se fixent plus ou moins efficacement malgré l’emploi d’agents fixants. Ces colorants sont à la fois toxiques et responsables de la coloration des eaux. La présence de ces espèces dans l’eau même à très faibles quantités est très visible et indésirable. Dans les systèmes aquatiques, les colorants réduisent la pénétration de la lumière et retardent ainsi l’activité photosynthétique. Ils ont également une tendance à complexer les ions métalliques en produisant une microtoxicité à la faune et aux autres organismes [2]. Il en résulte alors des effluents colorés qu’il est nécessaire de traiter avant leur rejet.

En particulier, les problèmes de coloration ont un impact psychologique important sur la population. En effet, un effluent coloré est perçu par l’opinion publique comme polluant dangereux ; alors que cette couleur, n’est généralement pas toxique, dans la limite de la norme autorisée. Il est donc primordial de limiter le plus possible la pollution en mettant une filière de traitement adaptée intégrant une unité de décoloration [3].

Les réglementations en matière de rejet d’eaux usées sont également de plus en plus sévères et obligent les industriels à traiter leurs effluents. En outre, la majorité des colorants ne sont pas biodégradables et peuvent constituer des facteurs de risques pour notre santé et de nuisances pour notre environnement.

GENERALITES SUR LES COLORANTS

Définition

Les colorants, composés chimiques colorés naturels ou synthétiques en général organiques, ont la propriété de colorer durablement le support sur lequel ils sont appliqués dans certaines conditions. Ces composés sont utilisés pour colorer les textiles, les encres, les peintures, les vernis, les produits alimentaires, etc. La terminologie industrielle moderne définit un colorant comme un produit contenant le colorant organique pur avec différents additifs et agents de coupage, qui facilitent son utilisation. Les colorants sont différents des pigments, composés solides finement divisés qui doivent être mélangés avec des liants avant leur application sur les surfaces. Les pigments sont en effet insolubles dans le milieu où ils sont appliqués [4].

Les matières colorantes se caractérisent par leur capacité à absorber les rayonnements lumineux dans le spectre visible (de 380 à 750 nm). 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 chromophore; la molécule colorante étant le chromogène. Plus la facilité du groupe chromophore à donner un électron est grande plus la couleur sera intense (groupes chromophores classés par intensité croissante dans le Tableau I.1). D’autres groupes d’atomes du chromogène peuvent intensifier ou changer la couleur due 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, perylène, etc). De même lorsqu’un groupe auxochrome donneur d’électrons (amino, hydroxy, alkoxy…) 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 [5].

Classification des colorants

Les colorants sont classés soit à partir de leur composition chimique (classification chimique), soit à partir des méthodes d’application aux différents substrats (classification tinctoriale) [5,6]. Le classement d’après la structure chimique s’appuie principalement sur la nature du chromophore, qui constitue le squelette nécessaire à la coloration de la molécule [7] :

• Azoïques : composés caractérisés par le groupe fonctionnel azo (N=N) unissant deux groupements alkyle ou aryle identiques ou non (azoïque symétrique et dissymétrique). Ces structures reposent généralement sur le squelette de l’azobenzène. Les colorants azoïques constituent la famille la plus importante sur le plan de l’application, puisqu’ils représentent plus de 50% de la production mondiale de matières colorantes.
• Anthraquinoniques : sont d’un point de vue commercial, les plus importants après les colorants azoïques. Leur formule générale dérivée de l’anthracène montre que le chromophore est un noyau quinonique sur lequel peuvent s’attacher des groupes hydroxyles ou amino.
• Triarylméthanes : sont des dérivés du méthane pour lesquels les atomes d’hydrogène sont remplacés par des groupes phényles substitués dont au moins un est porteur d’un atome d’oxygène ou d’azote en para vis-à-vis du carbone méthanique. Les triphénylméthanes sont moins importants que les colorants azoïques et anthraquinoniques et sont utilisés intensivement dans les industries papetières et textiles pour teindre le nylon, la laine, la soie et le coton. Leur utilisation ne se limite pas à l’industrie, on les retrouve également dans le domaine médical comme marqueur biologique.
• Indigoïdes : tirent leur appellation de l’indigo dont ils dérivent. Ainsi, les homologues sélénié, soufré et oxygéné du bleu indigo provoquent d’importants effets hypsochromes avec des coloris pouvant aller de l’orange au turquoise.
• Xanthènes : dont le composé le plus connu est la fluorescéine, sont dotés d’une intense fluorescence. Peu utilisés en tant que teinture, leur faculté de marqueurs lors d’accident maritime ou de traceurs d’écoulement pour des rivières souterraines est malgré tout bien établie.
• Phtalocyanines : ont une structure complexe basée sur l’atome central de cuivre. Les colorants de ce groupe sont obtenus par réaction du dicyanobenzène en présence d’un halogénure métallique (Cu, Ni, Co, Pt, etc.).
• Nitrés et nitrosés : forment une classe de colorants très limitée en nombre et relativement ancienne. Ils sont actuellement encore utilisés du fait de leur prix très modéré lié à la simplicité de leur structure moléculaire caractérisée par la présence d’un groupe nitro (-NO2) en position ortho d’un groupement électrodonneur (hydroxyle ou groupes aminés).

Si la classification chimique présente un intérêt pour le fabricant de matières colorantes, le teinturier préfère le classement par domaines d’application. Ainsi, il est renseigné sur la solubilité du colorant dans le bain de teinture, son affinité pour les diverses fibres et sur la nature de la fixation. On distingue différentes catégories tinctoriales définies cette fois par les auxochromes .

Colorants basiques ou cationiques

Un colorant basique possède un auxochrome chargé positivement (exemple : NH+) qui se dirigera, lors d’une électrolyse vers la cathode (-).

Le caractère d’acide ou de base s’appliquant à l’auxochrome n’implique pas forcément le caractère acide ou basique de la solution colorante [8]. Les colorants basiques ou cationiques sont des sels d’amines organiques, ce qui leur confère une bonne solubilité dans l’eau. Les liaisons se font entre les sites cationiques des colorants et les sites anioniques des fibres. En passe de disparaître dans la teinture de la laine et de la soie, ces colorants ont bénéficié d’un regain d’intérêt avec l’apparition des fibres acryliques, sur lesquelles ils permettent des nuances très vives et résistantes. Dans cette étude, on s’intéresse à un colorant basique, qui est le vert de malachite.

Table des matières

INTRODUCTION
Chapitre I REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
INTRODUCTION
I.1. POLLUTION DES EAUX PAR LES COLORANTS
I.1.1. Généralités sur les colorants
I.1.1.1.Définition
I.1.1.2.Classification des colorants
I.1.1.3. Colorants basiques ou cationiques
I.1.1.3.1. Vert de malachite
I.1.1.3.2. Propriétés acido-basiques
I.1.1.3.3. Toxicité
I.2.PROCEDES D’ELIMINATION DES COLORANTS
I.2.1.Sorption
I.2.2. Adsorption et adsorbants
I.2.2.1. Adsorption
I.2.2.1.1. Physisorption
I.2.2.1.2. Chimisorption
I.2.2.2. Adsorbants
I.2.2.2.1. Caractères et propriétés d’un adsorbant
I.2.2.2.2. Critères de sélection des adsorbants
I.2.2.2.3. Paramètres d’évaluation de l’efficacité des adsorbants
I.2.2.2.4. Capacité d’adsorption
I.2.3. Cinétique d’adsorption
I.2.3.1. Mécanisme de transport
I.2.3.2. Modèles de la cinétique d’adsorption
I.2.3.3. Facteurs influençant la cinétique d’adsorption
I.2.4.Isothermes d’adsorption
I.2.4.1. Modélisation du phénomène d’adsorption
I.2.5. Principaux facteurs influant sur l’adsorption
I.2.6. Applications de l’adsorption
I.3. LES ULTRASONS
I.3.1.Généralités
I.3.1.1. Définition
I.3.1.2. Génération des ondes ultrasonores
I.3.2. Principe des ultrasons
I.3.3. Cavitation ultrasonore
I.3.3.1. Définition
I.3.3.2. Dynamique d’une bulle de cavitation
I.3.3.2.1. Naissance
I.3.3.2.2. Croissance
I.3.3.2.3. Implosion
I.3.3.3. Effets microscopiques induits par la cavitation
I.3.3.3.1. Conditions de températures et de pression
I.3.3.3.2. Ondes de chocs et jets de liquide
I.3.3.4. Effet physique des ultrasons
I.3.3.4.1. Effets thermiques
I.3.3.4.2. Courants acoustiques
I.3.3.4.3. Courants de microagitation (microstreaming)
I.3.4. Action physique des ultrasons
I.3.5. Paramètres influençant la cavitation
I.3.5.1. Puissance
I.3.5.2. Fréquence
I.3.5.3. Température
I.3.5.4. Pression
I.3.6. Méthodes de caractérisation de l’activité ultrasonore
I.3.6.1. Méthodes qualitatives
I.3.6.2. Méthodes quantitatives
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
Chapitre II CARACTÉRISATION DES ECORCES D’EUCALYPTUS
INTRODUCTION
II.1. CARACTERISATION MICROSTRUCTURALE
II.1.1. Morphologie (Microscopie Electronique à Balayage M.E.B)
II.2. CARACTÉRISATION PHYSICOCHIMIQUE
II.2.1. Structure générale
II.2.1.1. Densité apparente
II.2.2. Structure chimique
II.2.2.1. Analyse EDS
II.2.2.2. Relargage d’ions par les écorces d’eucalyptus
II.2.2.2.1. pH métrie
II.2.2.2.2. Conductimétrie
II.2.2.2.3. Détermination du point de charge zéro
II.2.2.3. Détermination des fonctions de surface
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
Chapitre III SORPTION DU VERT DE MALACHITE PAR LES ECORCES D’EUCALYPTUS
INTRODUCTION
III.1. MATÉRIEL ET MÉTHODES
III.1.1. Sorbant
III.1.2. Sorbat
III.1.3. Dispositif éxpérimental
III.1.4. Procédures de sorption
III.1.4.1. Cinétique de sorption
III.1.4.2. Equilibres isothermes de sorption
III.1.4.3. Méthodes analytiques
III.2. RÉSULTATS ET DISCUSSION
III.2.1. Effet du temps de contact et de la concentration initiale
III.2.2. Effet de la masse du sorbant
III.2.3. Effet de la température
III.2.4. Effet de la vitesse d’agitation
III.2.5. Effet de la force ionique
III.3. MODELISATION DE LA CINETIQUE DE SORPTION
III.3.1. Modèle de Lagergren
III.3.2. Modèle de Blanchard
III.3.3. Détermination des étapes limitantes
III.3.3.1. Modèle de Weber et Morris
III.4. ETUDE ET MODELISATION DES ISOTHERMES DE SORPTION
III.4.1.Modélisation des équilibres isothermes de sorption
III.4.1.1. Equation de Langmuir
III.4.1.2. Equation de Freundlich
III.4.1.3. Equation d’Elovich
III.4.2. Paramètres thermodynamiques
CONCLUSION

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