Soutenance mémoire
Les différentes activités humaines : industrielles, agricoles, et autres génèrent des sousproduits et déchets qui peuvent se retrouver dans l’environnement et compromettraient l’équilibre des écosystèmes par les différentes pollutions qu’ils génèrent (Gao and Chen, 2012, Xu et al., 2014). La pollution métallique des eaux naturelles est l’une des préoccupations mondiale en raison des différents risques sanitaires répertoriés par les instances internationales comme l’organisation mondiale de la santé (OMS) ou l’agence de protection de l’environnement (APE) (WHO, 2004). Parmi les polluants largement recherchés en raison de leurs toxicités avérés, on cite les métaux lourds, ou éléments traces métalliques (ETM). Les organes cibles de cette toxicité sont : le système nerveux, le sang, la moëlle osseuse et bien d’autres organes. Ces polluants métalliques existent naturellement dans la croûte terrestre (Harmens et al.,2007) en plus de leurs adjonctions par les différentes activités humaines comme par exemples la combustion du charbon, du pétrole, les tanneries, les fertilisants chimiques, les insecticides, les fongicides etc. (Wang et al., 2008). En termes de prévention, suffisamment de normes et réglementations nationales et internationales, sont instaurées dans ce contexte. A titre d’exemple, et pour les métaux étudiés, l’OMS a recommandé pour l’eau potable, une concentration maximale admissible de 0,05 mg/L pour le Cr(VI) et 2 mg/L pour le Cu. Malheureusement, l’application de ces règles et normes de bonne conduite restent souvent l’apanage des pays développés. Pour contrer cette pollution et les risques sanitaires souvent irréversibles qui en découlent, le traitement reste la solution de bon choix. Il existe un bon nombre de processus de traitement de la pollution métallique, on peut citer la précipitation (Gheju et Balcu, 2011), la filtration membranaire (Religa et al., 2013), l’échange d’ions (Mustafa et al., 2008), l’extraction liquide (Senol, 2004), électrodéposition (Rana et al, 2004), les procédés d’oxydation avancées tels que la photoréduction par TiO2 (Djellabi et Ghorab, 2014) ainsi que les procédés biologiques (Chen et al., 2005). Parmi les procédés physico-chimiques, l’adsorption est considérée comme l’une des techniques de traitement la plus utilisée pour éliminer les ions métalliques des eaux contaminées. La nature du polluant ou adsorbat ainsi que le matériau adsorbant sont deux critères importants à prendre en considération dans toute performance de la technique d’adsorption. Depuis longtemps, le matériau le plus sollicité pour ce procédé est le charbon actif (Yacoumi et Tien, 1995).
Pollution par les métaux lourds et méthodes de traitement
Les éléments métalliques sont, sous différentes formes, toujours présents au sein de l’environnement. A l’état de traces, ils sont nécessaires voire indispensables aux êtres vivants (Mohan et Pittman, 2007). En revanche, à concentration relativement élevée, ils présentent une toxicité plus ou moins forte (Mohan et Singh, 2002). La présence des métaux lourds dans l’environnement est due aux causes naturelles et aux activités humaines. Ces métaux posent un problème particulier, car ils ne sont pas biodégradables (Naseem et Tahir, 2001). Ils ne présentent pas tous les mêmes risques en raison de leurs effets sur les organismes, leurs propriétés physico chimiques et biologiques. Leur toxicité est très variable et leur impact sur l’environnement est très différent (Reddad et al, 2002).
Définitions (Adriano, 2001, Fergusson, 1980)
Les éléments traces métalliques sont généralement définis comme des métaux lourds. On appelle métaux lourds tout élément métallique dont la masse volumique dépasse 5 g/cm3 . Ils englobent l’ensemble des métaux et métalloïdes présentant un caractère toxique pour la santé et l’environnement. Les métaux lourds les plus souvent considérés comme toxique pour l’homme sont le plomb, le mercure, l’arsenic et le cadmium. D’autres comme le cuivre, le zinc et le chrome, pourtant nécessaires à l’organisme en petites quantités, peuvent devenir toxiques à doses plus importantes. Il n’existe pas de définition internationalement reconnue, chaque discipline scientifique développant une approche propre. En chimie, les métaux lourds sont en général définis sur la base de propriétés spécifiques (poids moléculaire, capacité à former des cations polyvalents…). En science du sol, il est convenu de parler « d’éléments trace métalliques » qui désignent des naturels présents à très faible concentration. En toxicologie, ils peuvent être définis comme des métaux à caractère cumulatif (souvent dans les tissus graisseux) ayant essentiellement des effets très néfastes sur les organismes vivants. En nutrition et en agronomie, ils peuvent même être assimilés à des oligo-éléments indispensables à certains organismes, en particulier par leur action catalytique au niveau du métabolisme. Dans les sciences environnementales, les métaux lourds associés aux notions de pollution et de toxicité sont généralement : l’arsenic (As), le cadmium (Cd), le chrome(Cr), le cuivre (Cu), le mercure (Hg), le manganèse (Mn), le nickel (Ni), le plomb (Pb), l’étain (Sn) et le zinc (Zn).
Origines naturelles et humaines des métaux lourds dans l’environnement
Les métaux lourds sont redistribués naturellement dans l’environnement par les processus géologiques et les cycles biologiques. Les activités industrielles et technologiques diminuent cependant le temps de résidence des métaux dans les roches. Ils forment de nouveaux composés métalliques, introduisent les métaux dans l’atmosphère par la combustion de produits fossilifères. Il faut différencier la part qui résulte de la contamination d’origine humaine (anthropogène) et la part naturelle (géogène) (Bourrelier et Berthelin., 1998).
Sources naturelles
Parmi les sources naturelles, on peut citer l’activité volcanique, l’altération des continents et les incendies de forêts. La contribution des volcans peut se présenter sous forme d’émissions volumineuses dues à une activité explosive, ou d’émissions continues de faible volume, résultant notamment de l’activité géothermique et du dégazage du magma (Darmendrail et al, 2000).
Sources anthropiques
Les métaux provenant d’apports anthropiques sont présents sous des formes chimiques assez réactives et entraînent de ce fait des risques très supérieurs aux métaux d’origine naturelle qui sont le plus souvent immobilisés sous des formes relativement inertes (Mckenzie, 1997). Les sources anthropogènes sont les suivantes :
➤ Activités pétrochimiques
➤ Utilisation de combustibles fossiles (centrales électriques au charbon, chaudières industrielles, fours à ciment)
➤ Transport (véhicules et moteurs routiers et non routiers, embarcations)
➤ Incinération de déchets
➤ Produits (interrupteurs électriques, amalgames dentaires, éclairages fluorescents)
➤ Déchets urbains (eaux usées, boues d’épuration, ordures ménagères), agricoles.
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Table des matières
Introduction générale
Références bibliographiques
Chapitre I. Pollution par les métaux lourds et traitements
I.1. Introduction
I.2. Définitions
I.3. Origines Naturelles et humaines des métaux lourds dans l’environnement
I.3.1. Sources naturelles
I.3.2. Sources anthropiques
I.4. Répartition et devenir des métaux lourds dans l’environnement
I.4.1. Contamination des sols
I.4.1.1. Répartition des métaux lourds dans les sols
I.4.2. Contamination de l’air
I.4.3 Contamination de l’eau
I.5. Impact environnemental et toxicité des métaux lourds
I.6. Normes et réglementation
I.7. Techniques d’élimination des métaux lourds les plus courantes
I.7.1. Précipitation chimique
I.7.2. Filtration
I.7.3. Adsorption
I.7.4. Méthodes électrochimique (adsorption sur électrodes modifiées chimiquement)
I.7.5. Extraction liquide-liquide
I.7.6. Procédés biologiques
I.8. Conclusion
Références bibliographiques chapitre I
Chapitre II. Adsorption et Matériaux adsorbants
II.1. Introduction
II.2. Adsorption
II.2.1. Adsorption physique/chimique
II.2.2. Description du mécanisme d’adsorption
II.2.3. Isotherme d’adsorption
II.2.4. Modèles d’adsorption
II.3. Matériaux adsorbant
II.3.1. Charbons actifs
II.3.2. Zéolithes
II.3.3. Les argiles
II.3.4. Matériaux adsorbant lignocellulosiques
II.3.4.1. Structure des fibres lignocellulosiques
II.3.4.2. Composition des fibres lignocellulosiques
II.3.4.3. La cellulose
II.3.4.4. Les hémicelluloses
II.3.4.5. La lignine
II.3.4.6. Récentes applications des matériaux lignocellulosiques
II.4. Conclusion
Références bibliographiques chapitre II
Chapitre III. Matériels et Méthodes
III.1. Préparation et caractérisation des tiges de palmiers
III.1.1. Préparation des tiges
III.1.2. Caractérisation des tiges
Analyse granulométrique
pH et Conductivité
Teneur en matière sèche
Taux de cendre
Teneur en matières azotées totales
Taux de cellulose brute
Taux de lignine de Klason
Détermination de la teneur en sucres
Fonctions de surface
Diffraxion rayon X
Microscopie Electronique à Balayage (MEB)
Mesure de la surface spécifique (BET)
III.2. Préparation des solutions et appareils de mesure de Cu(II) et Cr(VI)
III.3. Essais d’adsorption sur les tiges de palmier
III.3.1. Essais d’adsorption en batch sur les tiges de palmier
III.3.2. Essais d’adsorption sur les électrodes à pâte de carbone modifiée par les tiges de palmiers et les silices fonctionnalisées
III.3.2.1. Préparation des électrodes
III.3.2.2. Principe du dosage sur les électrodes à pâte de carbone modifiée par les tiges de palmiers et les silices fonctionnalisées
Chapitre IV. Résultats et Discussion
IV.1. Introduction
IV.2. Caractérisation des tiges de palmiers
VI.2.1. Analyse granulométrique
IV.2.2. Surface spécifique (BET)
IV.2.3. Analyse MEB
VI.2.4. Analyse DRX
IV.2.5. Spectroscopie Infrarouge IR
IV.3. Résultats des essais d’adsorption de sur les tiges de palmier
IV.3.1. Effet de la masse d’adsorbant
IV.3.2. Effet de pH
IV.3.3. Effet la concentration initiale et du temps de contact
IV.3.4. Effet de la température
IV.3.5. Effet de la force ionique
IV.4. Modélisation de l’adsorption
IV.5. Etude cinétique d’adsorption
IV.6. Etude thermodynamique
IV.7. Adsorption du Cu(II) sur les électrodes à pâte de carbone modifiées par les TPAL
IV.7.1. Effet du temps accumulation
IV.7.2. Répétabilité de l’électrode
IV.7.3. Effet du pH
IV.7.4. Effet de la concentration
IV.7.5. Effet des interférents
IV.8. Conclusion
Références bibliographique chapitre IV
Conclusion générale
Résumé
