La pollution engendrรฉe par les eaux usรฉes industrielles est devenue un sรฉrieux problรจme pour de nombreux pays. Les effluents des usines de fabrication des colorants et des industries qui les consomment sont fortement colorรฉs et caractรฉrisรฉs par une demande biochimique en oxygรจne (DBO) et une demande chimique en oxygรจne (DCO) รฉlevรฉes. Le dรฉversement de ce type dโeffluent engendre une coloration du milieu rรฉcepteur. Les colorants rรฉduisent la pรฉnรฉtration de la lumiรจre du soleil dans les eaux du milieu rรฉcepteur, retardent la photosynthรจse et sursoient la croissance de la flore aquatique. Les colorants peuvent รฉgalement engendrer des effets trรจs nรฉfastes dans les eaux lorsquโils subissent une dรฉgradation anaรฉrobique dans les sรฉdiments, du fait de la formation dโamines trรจs toxiques issues de leur dรฉgradation incomplรจte par les bactรฉries. Le dรฉversement direct des eaux usรฉes chargรฉes en colorants dans les usines municipales d’eaux usรฉes et/ou dans l’environnement peut entraรฎner la formation de produits de dรฉcomposition cancรฉrogรจnes. De nos jours, il existe plus de 10.000 colorants appartenant ร diverses classes chimiques.
POLLUTION DES EAUX PAR LES COLORANTS
La couleur est le premier indicateur de la contamination des eaux. Beaucoup dโindustries, telles que le textile, la papeterie, le plastique, lโagro-alimentaire et le cosmรฉtique, utilisent des colorants organiques (solubles ou pigmentaires) pour la coloration de leurs produits finis. Dans la section de teinture dโune industrie textile, environ 1 mยณ dโeau est utilisรฉ pour chaque 1000 kg de vรชtements traitรฉs [1]. En effet, il est connu que certains colorants se fixent plus ou moins efficacement malgrรฉ lโemploi dโagents fixants. Ces colorants sont ร la fois toxiques et responsables de la coloration des eaux. La prรฉsence de ces espรจces dans lโeau mรชme ร trรจs faibles quantitรฉs est trรจs visible et indรฉsirable. Dans les systรจmes aquatiques, les colorants rรฉduisent la pรฉnรฉtration de la lumiรจre et retardent ainsi lโactivitรฉ photosynthรฉtique. Ils ont รฉgalement une tendance ร complexer les ions mรฉtalliques en produisant une microtoxicitรฉ ร la faune et aux autres organismes [2]. Il en rรฉsulte alors des effluents colorรฉs quโil est nรฉcessaire de traiter avant leur rejet.
En particulier, les problรจmes de coloration ont un impact psychologique important sur la population. En effet, un effluent colorรฉ est perรงu par lโopinion publique comme polluant dangereux ; alors que cette couleur, nโest gรฉnรฉralement pas toxique, dans la limite de la norme autorisรฉe. Il est donc primordial de limiter le plus possible la pollution en mettant une filiรจre de traitement adaptรฉe intรฉgrant une unitรฉ de dรฉcoloration [3].
Les rรฉglementations en matiรจre de rejet dโeaux usรฉes sont รฉgalement de plus en plus sรฉvรจres et obligent les industriels ร traiter leurs effluents. En outre, la majoritรฉ des colorants ne sont pas biodรฉgradables et peuvent constituer des facteurs de risques pour notre santรฉ et de nuisances pour notre environnement.
GENERALITES SUR LES COLORANTS
Dรฉfinition
Les colorants, composรฉs chimiques colorรฉs naturels ou synthรฉtiques en gรฉnรฉral organiques, ont la propriรฉtรฉ de colorer durablement le support sur lequel ils sont appliquรฉs dans certaines conditions. Ces composรฉs sont utilisรฉs pour colorer les textiles, les encres, les peintures, les vernis, les produits alimentaires, etc. La terminologie industrielle moderne dรฉfinit un colorant comme un produit contenant le colorant organique pur avec diffรฉrents additifs et agents de coupage, qui facilitent son utilisation. Les colorants sont diffรฉrents des pigments, composรฉs solides finement divisรฉs qui doivent รชtre mรฉlangรฉs avec des liants avant leur application sur les surfaces. Les pigments sont en effet insolubles dans le milieu oรน ils sont appliquรฉs [4].
Les matiรจres colorantes se caractรฉrisent par leur capacitรฉ ร absorber les rayonnements lumineux dans le spectre visible (de 380 ร 750 nm). La transformation de la lumiรจre blanche en lumiรจre colorรฉe par rรฉflexion sur un corps, ou par transmission ou diffusion, rรฉsulte de l’absorption sรฉlective d’รฉnergie par certains groupes d’atomes appelรฉs chromophore; la molรฉcule colorante รฉtant le chromogรจne. Plus la facilitรฉ du groupe chromophore ร donner un รฉlectron est grande plus la couleur sera intense (groupes chromophores classรฉs par intensitรฉ croissante dans le Tableau I.1). D’autres groupes d’atomes du chromogรจne peuvent intensifier ou changer la couleur due au chromophore : ce sont les groupes auxochromes. De maniรจre gรฉnรฉrale, les colorants consistent en un assemblage de groupes chromophores, auxochromes et de structures aromatiques conjuguรฉes (cycles benzรฉniques, anthracรจne, perylรจne, etc). De mรชme lorsqu’un groupe auxochrome donneur d’รฉlectrons (amino, hydroxy, alkoxyโฆ) est placรฉ sur un systรจme aromatique conjuguรฉ, ce groupe se joint ร la conjugaison du systรจme ฯ, la molรฉcule absorbe dans les grandes longueurs d’onde et donne des couleurs plus foncรฉes [5].
Classification des colorants
Les colorants sont classรฉs soit ร partir de leur composition chimique (classification chimique), soit ร partir des mรฉthodes d’application aux diffรฉrents substrats (classification tinctoriale) [5,6]. Le classement d’aprรจs la structure chimique s’appuie principalement sur la nature du chromophore, qui constitue le squelette nรฉcessaire ร la coloration de la molรฉcule [7] :
โข Azoรฏques : composรฉs caractรฉrisรฉs par le groupe fonctionnel azo (N=N) unissant deux groupements alkyle ou aryle identiques ou non (azoรฏque symรฉtrique et dissymรฉtrique). Ces structures reposent gรฉnรฉralement sur le squelette de lโazobenzรจne. Les colorants azoรฏques constituent la famille la plus importante sur le plan de l’application, puisqu’ils reprรฉsentent plus de 50% de la production mondiale de matiรจres colorantes.
โข Anthraquinoniques : sont dโun point de vue commercial, les plus importants aprรจs les colorants azoรฏques. Leur formule gรฉnรฉrale dรฉrivรฉe de l’anthracรจne montre que le chromophore est un noyau quinonique sur lequel peuvent s’attacher des groupes hydroxyles ou amino.
โข Triarylmรฉthanes : sont des dรฉrivรฉs du mรฉthane pour lesquels les atomes d’hydrogรจne sont remplacรฉs par des groupes phรฉnyles substituรฉs dont au moins un est porteur d’un atome dโoxygรจne ou dโazote en para vis-ร -vis du carbone mรฉthanique. Les triphรฉnylmรฉthanes sont moins importants que les colorants azoรฏques et anthraquinoniques et sont utilisรฉs intensivement dans les industries papetiรจres et textiles pour teindre le nylon, la laine, la soie et le coton. Leur utilisation ne se limite pas ร l’industrie, on les retrouve รฉgalement dans le domaine mรฉdical comme marqueur biologique.
โข Indigoรฏdes : tirent leur appellation de lโindigo dont ils dรฉrivent. Ainsi, les homologues sรฉlรฉniรฉ, soufrรฉ et oxygรฉnรฉ du bleu indigo provoquent dโimportants effets hypsochromes avec des coloris pouvant aller de lโorange au turquoise.
โข Xanthรจnes : dont le composรฉ le plus connu est la fluorescรฉine, sont dotรฉs d’une intense fluorescence. Peu utilisรฉs en tant que teinture, leur facultรฉ de marqueurs lors d’accident maritime ou de traceurs d’รฉcoulement pour des riviรจres souterraines est malgrรฉ tout bien รฉtablie.
โข Phtalocyanines : ont une structure complexe basรฉe sur l’atome central de cuivre. Les colorants de ce groupe sont obtenus par rรฉaction du dicyanobenzรจne en prรฉsence dโun halogรฉnure mรฉtallique (Cu, Ni, Co, Pt, etc.).
โข Nitrรฉs et nitrosรฉs : forment une classe de colorants trรจs limitรฉe en nombre et relativement ancienne. Ils sont actuellement encore utilisรฉs du fait de leur prix trรจs modรฉrรฉ liรฉ ร la simplicitรฉ de leur structure molรฉculaire caractรฉrisรฉe par la prรฉsence dโun groupe nitro (-NO2) en position ortho d’un groupement รฉlectrodonneur (hydroxyle ou groupes aminรฉs).
Si la classification chimique prรฉsente un intรฉrรชt pour le fabricant de matiรจres colorantes, le teinturier prรฉfรจre le classement par domaines dโapplication. Ainsi, il est renseignรฉ sur la solubilitรฉ du colorant dans le bain de teinture, son affinitรฉ pour les diverses fibres et sur la nature de la fixation. On distingue diffรฉrentes catรฉgories tinctoriales dรฉfinies cette fois par les auxochromes .
Colorants basiques ou cationiques
Un colorant basique possรจde un auxochrome chargรฉ positivement (exemple : NH+) qui se dirigera, lors d’une รฉlectrolyse vers la cathode (-).
Le caractรจre d’acide ou de base s’appliquant ร l’auxochrome n’implique pas forcรฉment le caractรจre acide ou basique de la solution colorante [8]. Les colorants basiques ou cationiques sont des sels dโamines organiques, ce qui leur confรจre une bonne solubilitรฉ dans lโeau. Les liaisons se font entre les sites cationiques des colorants et les sites anioniques des fibres. En passe de disparaรฎtre dans la teinture de la laine et de la soie, ces colorants ont bรฉnรฉficiรฉ dโun regain dโintรฉrรชt avec lโapparition des fibres acryliques, sur lesquelles ils permettent des nuances trรจs vives et rรฉsistantes. Dans cette รฉtude, on sโintรฉresse ร un colorant basique, qui est le vert de malachite.
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Table des matiรจres
INTRODUCTION
Chapitre I REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
INTRODUCTION
I.1. POLLUTION DES EAUX PAR LES COLORANTS
I.1.1. Gรฉnรฉralitรฉs sur les colorants
I.1.1.1.Dรฉfinition
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. Propriรฉtรฉs acido-basiques
I.1.1.3.3. Toxicitรฉ
I.2.PROCEDES DโELIMINATION 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. Caractรจres et propriรฉtรฉs dโun adsorbant
I.2.2.2.2. Critรจres de sรฉlection des adsorbants
I.2.2.2.3. Paramรจtres dโรฉvaluation de lโefficacitรฉ des adsorbants
I.2.2.2.4. Capacitรฉ dโadsorption
I.2.3. Cinรฉtique dโadsorption
I.2.3.1. Mรฉcanisme de transport
I.2.3.2. Modรจles de la cinรฉtique dโadsorption
I.2.3.3. Facteurs influenรงant la cinรฉtique dโadsorption
I.2.4.Isothermes dโadsorption
I.2.4.1. Modรฉlisation du phรฉnomรจne dโadsorption
I.2.5. Principaux facteurs influant sur lโadsorption
I.2.6. Applications de lโadsorption
I.3. LES ULTRASONS
I.3.1.Gรฉnรฉralitรฉs
I.3.1.1. Dรฉfinition
I.3.1.2. Gรฉnรฉration des ondes ultrasonores
I.3.2. Principe des ultrasons
I.3.3. Cavitation ultrasonore
I.3.3.1. Dรฉfinition
I.3.3.2. Dynamique dโune 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 tempรฉratures 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. Paramรจtres influenรงant la cavitation
I.3.5.1. Puissance
I.3.5.2. Frรฉquence
I.3.5.3. Tempรฉrature
I.3.5.4. Pression
I.3.6. Mรฉthodes de caractรฉrisation de lโactivitรฉ ultrasonore
I.3.6.1. Mรฉthodes qualitatives
I.3.6.2. Mรฉthodes quantitatives
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
Chapitre II CARACTรRISATION DES ECORCES DโEUCALYPTUS
INTRODUCTION
II.1. CARACTERISATION MICROSTRUCTURALE
II.1.1. Morphologie (Microscopie Electronique ร Balayage M.E.B)
II.2. CARACTรRISATION PHYSICOCHIMIQUE
II.2.1. Structure gรฉnรฉrale
II.2.1.1. Densitรฉ apparente
II.2.2. Structure chimique
II.2.2.1. Analyse EDS
II.2.2.2. Relargage dโions par les รฉcorces dโeucalyptus
II.2.2.2.1. pH mรฉtrie
II.2.2.2.2. Conductimรฉtrie
II.2.2.2.3. Dรฉtermination du point de charge zรฉro
II.2.2.3. Dรฉtermination des fonctions de surface
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
Chapitre III SORPTION DU VERT DE MALACHITE PAR LES ECORCES DโEUCALYPTUS
INTRODUCTION
III.1. MATรRIEL ET MรTHODES
III.1.1. Sorbant
III.1.2. Sorbat
III.1.3. Dispositif รฉxpรฉrimental
III.1.4. Procรฉdures de sorption
III.1.4.1. Cinรฉtique de sorption
III.1.4.2. Equilibres isothermes de sorption
III.1.4.3. Mรฉthodes analytiques
III.2. RรSULTATS 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 tempรฉrature
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. Modรจle de Lagergren
III.3.2. Modรจle de Blanchard
III.3.3. Dรฉtermination des รฉtapes limitantes
III.3.3.1. Modรจle de Weber et Morris
III.4. ETUDE ET MODELISATION DES ISOTHERMES DE SORPTION
III.4.1.Modรฉlisation des รฉquilibres isothermes de sorption
III.4.1.1. Equation de Langmuir
III.4.1.2. Equation de Freundlich
III.4.1.3. Equation dโElovich
III.4.2. Paramรจtres thermodynamiques
CONCLUSION