dégradation de colorants d’effluents d’industries textiles
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Institut International d’Ingénierie Rue de la Science - 01 BP 594 - Ouagadougou 01 - BURKINA FASO Tél. : (+226) 25. 49. 28. 00 - Fax : (+226) 25. 49. 28. 01 - Mail : [email protected] - www.2ie-edu.org
DEGRADATION DE COLORANTS D’EFFLUENTS D’INDUSTRIES TEXTILES
PAR PROCEDE FENTON EN UTILISANT LA LATERITE : CAS DU COLORANT
SYNTHETIQUE BLEU DE METHYLENE
MEMOIRE POUR L’OBTENTION DU
MASTER II EN INGENIERIE DE L’EAU ET DE L’ENVIRONNEMENT
OPTION : EAU ET ASSAINISSEMENT
------------------------------------------------------------------
Présenté et soutenu publiquement le 15 juillet 2015 par :
Mwingnè Laure Carolle DA
Travaux dirigés par :
Dr. Hela KAROUI, Enseignante chercheur 2iE
Laboratoire Eau Dépollution Ecosystème Santé
Dr. Yohan RICHARDSON, Enseignant Chercheur 2iE
Laboratoire Biomasse Energie Biocarburants
Jury d’évaluation du stage:
Président : Harinaivo Anderson ANDRIANISA
Membres et correcteurs: Boukary SAWADOGO
Hela KAROUI
Promotion [2014/2015]
Institut International d’Ingénierie Rue de la Science - 01 BP 594 - Ouagadougou 01 - BURKINA FASO Tél. : (+226) 25. 49. 28. 00 - Fax : (+226) 25. 49. 28. 01 - Mail : [email protected] - www.2ie-edu.org
Dégradation de colorants d’effluents d’industries textiles par procédé Fenton en utilisant de la
latérite : cas du colorant synthétique bleu de méthylène
M. Laure Carolle DA M2 EA Promotion 2014-2015 Juillet 2015 Page i
CITATION
« Que la force me soit donnée de supporter ce qui ne peut être changé et le courage de
changer ce qui peut l’être, mais aussi la sagesse de distinguer l’un de l’autre. »
Marc-Aurel
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latérite : cas du colorant synthétique bleu de méthylène
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DEDICACES
Je dédie le présent travail à :
Au Seigneur pour la vie qu’Il m’a donné et les grâces dont Il me comble chaque jour.
Mes parents Songahir Christophe DA et Mouon Ludwine SOME, pour les sacrifices
qu’ils ont consenti, pour leur affection et leur soutien indéfectible sans lesquels je ne
serais pas où j’en suis aujourd’hui. Merci pour ces trajets de Ouagadougou à
Kamboinsé, pour ces encouragements et pour tout ce soutien. Merci de m’avoir
permise d’intégrer une école d’ingénieurs et d’être restés toujours patients et aimants.
Ce travail est le témoignage de ma reconnaissance et de toute mon affection. Que le
Seigneur vous gratifie et vous comble de grâces infinies.
Mon frère et ma sœur: l’ingénieur de niveau 5 « étoiles » est maintenant à maturité.
Merci infiniment pour votre patience, votre amour et votre soutien. Il y a eu des
moments de doutes et de découragements, mais vous étiez toujours là à me
réconforter et à m’encourager. Que ce travail vous rende fiers et que le Seigneur vous
bénisse.
In memoriam, à toi Mammy! tu m’as apprise que l’on pouvait sourire même dans la
douleur et le chagrin ; que la douleur physique ne pouvait rien face à la joie de l’âme.
Que de là-haut tu sois en joie en ce jour où ta petite fille prend un tournant décisif
dans sa vie!
A la famille SAWADOGO sans qui je n’aurai pas obtenu la bourse pour mes études à
2iE. Merci pour votre confiance et votre aide. Que le Seigneur vous bénisse.
A mes oncles et mes tantes, merci pour le soutien et toute l’attention que vous me
portez. Que le Seigneur enrichisse vos vies de sa Grâce.
A mes professeurs, tous autant que vous êtes, vous m’avez marquée à jamais, de par
la qualité de vos connaissances et la passion avec laquelle vous nous transmettez le
savoir. Que le Seigneur vous fortifie dans ce noble métier qu’est l’enseignement.
A tous ceux pour qui la problématique de l’eau se pose de plus en plus avec acuité :
Recevez l’assurance que notre lutte sera acharnée afin de trouver des solutions idoines
pour un accès à l’eau juste et équitable dans l’optique de préserver notre cher
environnement.
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latérite : cas du colorant synthétique bleu de méthylène
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REMERCIEMENTS
Mes sincères remerciements vont à l’endroit :
Du Pr Hama YACOUBA, directeur de la recherche de 2iE et du Dr Yacouba
KONATE, responsable du laboratoire Eau Dépollution Ecosystème et Santé, pour
m’avoir ouvert les portes du laboratoire de 2iE et pour leur disponibilité.
De l’équipe du Laboratoire centrale de l’ONEA. Nous remercions particulièrement M.
KERE, M. Olivier YAMEOGO, M. Esaïe BOMBIRI, M. Arnaud KORBEOGHO qui
n’ont ménagé aucun effort pour nous accueillir et nous offrir gracieusement leur
service. Ce travail n’aurait pas vu le jour sans vous. Merci de nous donner un bel
exemple de simplicité, de gratuité et de don de soi.
Dr Hela KAROUI et du Dr Yohan RICHARDSON pour m’avoir acceptée
chaleureusement dans leur équipe de chercheurs chevronnés et dynamiques. Merci de
n’avoir ménagé aucun effort pour que ce travail soit rigoureux. Merci pour avoir suivi
ce travail avec grand intérêt, mais également pour votre disponibilité et pour votre
confiance. Soyez assurés de ma profonde gratitude.
De toute l’équipe dirigeante du Laboratoire Eau Dépollution Ecosystème et Santé
(LEDES) de 2iE. Je tiens également à remercier toute l’équipe du laboratoire pour
leur disponibilité, leur conseil et leur confiance. Un merci particulier à M. Boukary
SAWADOGO, à M. Seyram SOSSOU, à M. Sohamaï HEMA, à M. Noël
TINDOURE et à M. Moustapha OUEDRAOGO. Votre joie de vivre et votre
expérience en matière de traitement des eaux m’édifient. Recevez mes profonds
remerciements.
De mes camarades « de lutte », mes amis devenus des frères et des sœurs. Vous
m’avez montré que l’université est également une famille. Merci pour tous ces beaux
moments passés ensemble, pour ces larmes de joie et parfois de tristesse, pour ces
nuits blanches si chers aux ingénieur(e)s. Merci pour tout le soutien que vous me
témoignez encore. J’ai été à l’école de la vie avec vous ! Soyez assurés de ma
sympathie. Que la grâce divine surabonde dans vos vies et que le monde professionnel
soit aussi agréable sinon mieux que l’ont été les années d’étude à 2iE.
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RESUME
Les industries textiles produisent des quantités énormes d’effluents toxiques, très chargés et
difficilement biodégradables. Le traitement de cette pollution par les procédés conventionnels
biologiques ou physiques se révèle souvent inefficace et coûteux, déplaçant simplement la
pollution. D’où le recours aux procédés d’oxydation avancée (POA) plus efficaces. Le
procédé Fenton est un POA particulièrement attractif pour la minéralisation de polluants
organiques, mais nécessite de grandes quantités de produits chimiques impactant sur les coûts
de traitement. L’objet de ce travail est d’étudier la dégradation du colorant bleu de méthylène
(BM) par procédé Fenton en phases homogène et hétérogène. La latérite locale de Dano a été
utilisée comme source de catalyseur en substitution du fer industriel pour réduire les coûts de
traitement. Il a été déterminé l’efficacité du procédé Fenton utilisant la latérite en prenant
pour base les concentrations optimales des réactifs du procédé Fenton classique. Le procédé a
montré de meilleur résultat à pH=3 et pour un ratio R=[𝐻2𝑂2]
[𝐹𝑒2+] de 15. Les concentrations
optimales étaient de 98 mg.L-1 pour le H2O2, avec une concentration de BM de 40 mg.L-1.
6,53 mg.L-1 de Fe2+ ont été utilisés pour le procédé Fenton classique et 3 g de latérite pour le
procédé non classique. L’extraction du fer a été réalisée soit par attaque triacide et/ou par lit
de latérite. Le traitement par lit de latérite attaqué à l’acide était le plus efficace avec un
rendement de décoloration de 98,47% et un taux de minéralisation de 77,82% en 2 h de
traitement. La cinétique des réactions était de pseudo-second ordre pour tous les traitements.
L’utilisation de la latérite est une technique prometteuse qui pourrait être très avantageuse
principalement pour les pays en développement.
Mots clés : Bleu de méthylène, dégradation, procédé Fenton, latérite.
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ABSTRACT
Textile industries produce huge amounts of toxic effluents, very loaded and not easily
biodegradable. The treatment of this pollution by conventional biological or physical
processes is often inefficient and expensive, just moving the pollution. Hence the use of
advanced oxidation processes (AOPs) which are more effective. The Fenton process is a POA
particularly interesting for the mineralization of organic pollutants, but requires large
quantities of chemicals, impacting on the cost of treatment. The purpose of this work is to
study the degradation of methylene blue (MB) dye Fenton process in homogeneous and
heterogeneous phases. We used to reduce processing costs, local laterite from Dano as a
source of catalyst, in substitution of industrial iron. The effectiveness of using the Fenton
process laterite based on the optimum concentrations of reagents from Fenton conventional
method has been determined. The method showed better results at pH 3 and ratio R =
([𝐻2𝑂2]
[𝐹𝑒2 +]= 15. The optimal concentrations were 98 mg L-1 for the H2O2, with a concentration of
MB of 40 mg L-1. 6.53 mg L-1 of Fe2 + were used for Fenton conventional method and 3 g for
laterite unconventional method. The iron extraction was performed either by attack tri-acid
and / or by bed laterite. The laterite bed processing attacked with acid was the most effective
with a 98.47% yield discoloration and a mineralization rate of 77.82% in 2 h of treatment.
The reaction kinetics were pseudo-second order for all treatments. The use of laterite is a
promising technique that could be very advantageous mainly for developing countries.
Keywords: Methylene blue, degradation, Fenton process, laterite
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TABLES DES MATIERES
CITATION ..................................................................................................................................................... i
DEDICACES .................................................................................................................................................ii
REMERCIEMENTS .................................................................................................................................. iii
RESUME ...................................................................................................................................................... iv
ABSTRACT ................................................................................................................................................... v
TABLES DES MATIERES .......................................................................................................................... 1
LISTE DES FIGURES ................................................................................................................................. 3
LISTE DES TABLEAUX ............................................................................................................................. 4
LISTE DES ABREVIATIONS .................................................................................................................... 5
INTRODUCTION ........................................................................................................................................ 6
CHAPITRE I : REVUE DE LA LITTERATURE .................................................................................... 9
1. Généralités sur les colorants ................................................................................................................ 9
2. Classification des colorants d’industries textiles .............................................................................. 10
2.1. Classification tinctoriale ............................................................................................................. 10
2.2. Classification chimique .............................................................................................................. 11
3. Impacts des colorants sur la santé et l’environnement .................................................................... 11
4. Colorant bleu de méthylène (BM) ..................................................................................................... 12
5. Procédés de traitement des effluents d’industries textiles ............................................................... 14
5.1. Les Procédés d’oxydation avancée (POA) ................................................................................ 14
5.2. Le procédé Fenton ...................................................................................................................... 15
6. Généralités sur la latérite ................................................................................................................... 17
CHAPITRE II : MATERIELS ET METHODES .................................................................................... 18
1. Principe de l’analyse élémentaire EDS ............................................................................................. 18
2. Principe de l’analyse par Diffraction Rayon X ................................................................................ 18
3. Principe de la spectrophotométrie d’absorption moléculaire UV/Visible ..................................... 19
4. Principe de la spectrophotométrie d’absorption atomique ............................................................. 20
5. Principe de détermination du COT (spectrométrie infrarouge)..................................................... 20
6. Spectrophotométrie UV/Visible des solutions de BM ...................................................................... 20
6.1. Préparation de la solution de bleu de méthylène ..................................................................... 20
6.2. Caractérisation spectrophotométrique UV/Visible de la solution de BM .............................. 20
7. Préparation de la solution de fer ....................................................................................................... 22
7.1. Avec sel de sulfate ferreux FeSO4 .............................................................................................. 22
7.2. Avec sel de sulfate ferrique Fe2 (SO4)3 ...................................................................................... 22
8. Préparation du mélange colorant-réactif de Fenton industriel pour le traitement ...................... 23
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9. Préparation du mélange colorant-solution de fer issu de la latérite ............................................... 23
10. Méthode de détermination du Carbone Organique Total au cours du traitement ....................... 25
11. Méthode de détermination du fer total au cours du traitement ..................................................... 26
12. Etude cinétique de la décoloration et de la dégradation du bleu de méthylène ............................ 26
13. Sources des produits chimiques utilisés ............................................................................................ 27
CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSION ................................................................................. 28
1. Utilisation du fer industriel ................................................................................................................ 28
1.1. Effet du type de fer industriel .................................................................................................... 28
1.2. Effet du pH du milieu sur le traitement avec le fer industriel ................................................ 29
1.3. Effet de la concentration en BM ................................................................................................ 31
1.4. Effet de la concentration de H2O2 ............................................................................................. 32
1.4.1. En absence de fer ........................................................................................................................ 32
1.4.2. En présence de fer ....................................................................................................................... 32
1.9. Evolution de la dégradation de BM par suivi spectrométrique à λ=291 nm ......................... 35
2. Utilisation de la latérite ...................................................................................................................... 36
2.1. Influence du pH sur le traitement du BM en utilisant le fer de la latérite ............................. 36
2.2. Effet du type d’acide utilisé pour l’attaque acide sur la décoloration du BM ....................... 36
2.3. Effet de la lumière et de l’agitation sur le traitement du BM ................................................. 37
2.4. Evolution temporelle du traitement du BM par la latérite en fonction du temps de contact38
2.5. Evolution temporelle de la quantité de fer restant en solution après traitement du BM par
la latérite ...................................................................................................................................... 39
2.6. Etude cinétique du traitement de BM ....................................................................................... 41
2.6.1. Cinétique de dégradation du BM en utilisant la longueur d’onde 291 nm ............................ 41
2.6.2. Cinétique de la décoloration du BM en utilisant le recyclage de l’attaque acide et du lit de
latérite .......................................................................................................................................... 42
2.7. Autres méthodes d’extraction du fer dans la latérite .............................................................. 43
3. Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le fer industriel et la latérite ............ 44
CONCLUSION ........................................................................................................................................... 46
RECOMMANDATIONS ........................................................................................................................... 47
BIBLIOGRAPHIE...................................................................................................................................... 48
WEBOGRAPHIE ....................................................................................................................................... 50
ANNEXES ..................................................................................................................................................... I
ICONOGRAPHIE .................................................................................................................................... VII
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LISTE DES FIGURES
Figure 1: Formule développée du bleu de méthylène ............................................................. 13
Figure 2 : Balayage spectral d’une solution de BM de concentration 20 mg.L-1 ................... 21
Figure 3: Courbes d’étalonnage du BM pour λ=291 nm et λ=661 nm ................................... 22
Figure 4: Mélange colorant-réactif de Fenton en utilisant la solution mère de fer industriel
(Fe2(SO4)3 ou FeSO4) .............................................................................................................. 23
Figure 5: Mélange colorant-réactif de Fenton en utilisant le fer de la latérite ........................ 23
Figure 6 : Mélange colorant surnageant de solution de latérite .............................................. 24
Figure 7 : Préparation d’échantillon pour suivi de l’évolution du COT au cours du traitement
du BM en utilisant LL .............................................................................................................. 25
Figure 8 : Préparation d’échantillon pour suivi de l’évolution du COT au cours du traitement
du BM en utilisant AA ............................................................................................................. 26
Figure 9 : Influence du type de fer industriel sur le traitement du BM .................................. 28
Figure 10 : Effet du pH sur le traitement du BM en utilisant le fer industriel ........................ 29
Figure 11 : Balayage spectral solution de BM de pH non ajusté (a) et pH=3 (b)................... 30
Figure 12 : Effet de la concentration de BM sur la décoloration ............................................ 31
Figure 13 : Evolution du traitement de BM en fonction de [H2O2] pour [BM]=10 mg.L-1 et
[BM]=40 mg.L-1. ...................................................................................................................... 32
Figure 14 : Décoloration du BM en fonction de la variation de [H2O2] pour [BM]=10 mg.L-1
(a) et 40 mg.L-1 (b). .................................................................................................................. 33
Figure 15 : Décoloration du BM en fonction [Fe2+] ............................................................... 34
Figure 16 : Evolution de la dégradation du BM ...................................................................... 35
Figure 17: Influence du pH sur le traitement en utilisant comme catalyseur le fer de la latérite
.................................................................................................................................................. 36
Figure 18 : Décoloration du BM pour différentes attaques acides de la latérite de Dano ...... 36
Figure 19 : Influence de l’agitation et de la lumière sur le traitement du BM........................ 37
Figure 20 : Effet du temps de contact de l’attaque acide et de l’eau milli-Q sur la latérite
avant traitement ........................................................................................................................ 38
Figure 21 : Concentration en fer contenu dans un surnageant de latérite après un temps de
contact ...................................................................................................................................... 39
Figure 22 : Evolution temporelle de la quantité de fer restant en solution après traitement par
AA (a) et LL (b) ....................................................................................................................... 40
Figure 23: Evolution de la concentration de BM au cours du traitement par lecture
spectrométrique à 291 nm et en fonction de [COT] pour LL et AA........................................ 41
Figure 24 : Evolution de la décoloration de BM par traitement utilisant le recyclage latérite
pour LL (a) et AA (b)............................................................................................................... 42
Figure 25 : Evolution de la décoloration en utilisant le LLA et le SLL ................................. 44
Figure 26 : Comparaison entre les traitements du BM par Fenton utilisant LL, AA ou fer
industriel .................................................................................................................................. 45
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LISTE DES TABLEAUX
Tableau I : Volumes à prélever pour la préparation des solutions étalons ............................. 21
Tableau II: Récapitulatif des absorbances lues pour les étalons aux longueurs d’onde 661 nm
et 291 nm.................................................................................................................................. 22
Tableau III : Rendement de décoloration en fonction du type utilisé de Fer ......................... 28
Tableau IV : Rendement de dégradation du BM en fonction du pH (t=30 min) ................... 29
Tableau V : Rendement de la réaction de décoloration en fonction de [BM] ........................ 31
Tableau VI : Rendement de dégradation de BM en fonction de la variation de H2O2 pour 1h
de traitement............................................................................................................................. 33
Tableau VII : Rendement Rt de la réaction et vitesse apparente pour 2 h de traitement pour
[Fe2+] variable .......................................................................................................................... 34
Tableau VIII : Rendement Rt de dégradation du BM en fonction du temps de traitement ... 35
Tableau IX : Rendement en fonction du type d’attaque acide en 2h ..................................... 36
Tableau X : Rendement de diminution du COT au cours du traitement du BM en utilisant la
latérite ...................................................................................................................................... 41
Tableau XI : Rendement du traitement du BM en utilisant l’attaque acide (AA) ou le lit de
latérite (LL) .............................................................................................................................. 42
Tableau XII: Rendement de dégradation du BM avec latérite traitée et attaquée par l’acide.
.................................................................................................................................................. 43
Tableau XIII: Rendement de décoloration en utilisant le lit de latérite attaqué et le
surnageant de lit de latérite ...................................................................................................... 44
Tableau XIV: Récapitulatif de quelques rendements et temps de traitement de chaque
traitement ................................................................................................................................. 44
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LISTE DES ABREVIATIONS
A : Absorbance de la lumière (nm)
AA : Attaque acide de latérite
AAS: Spectrophotomètre d’absorption atomique
AM : Absorption moléculaire
2-AP : 2-Aminopyridine
BM : Bleu de méthylène
C : Concentration massique ou molaire en soluté (mg.L-1 ou mMol.L-1)
C0 : Concentration initiale du bleu de méthylène (mg.L-1)
COT : Carbone Organique Total
DCO : Demande Chimique en Oxygène
EDS: Energy Disperse X-Ray Spectroscopy
ENH : Electrode Normale Hydrogène
e- : Electron
Fe2+ : Ion Fer ferreux
Fe3+ : Ion Fer ferrique
λ: Longueur d’onde en nm
k : Constante de vitesse apparente en min-1mol-1 pour ordre 2 et en min-1 pour ordre 1
LEDES : Laboratoire Eau Dépollution Ecosystème et Santé
LDHs : Layered double hydroxides
LL : Lit de latérite
LLA : Lit de latérite attaquée par l’acide
min: Minute(s)
OH●: Radical hydroxyle
POA : Procédé d’oxydation avancée
Rt : Rendement de décoloration ou de dégradation
T : Temps de traitement en min
tc : Temps de contact entre la latérite et l’acide/l’eau milli-Q
VIS : Visible
UV : Ultra-violet
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INTRODUCTION
Les ressources hydriques constituent le socle de tous processus socio-économiques aussi bien
dans les pays industrialisés que dans les pays à faibles revenus. L’eau joue en effet un rôle
crucial dans toutes les activités anthropiques et cette ressource naturelle est de plus en plus
sollicitée du fait de la croissance démographique galopante et des progrès technologiques et
industriels. Malheureusement, la quantité d’eau douce présente sur terre ne représente que
2,8% de l’eau disponible sur le globe avec moins de 1% de cette eau douce accessible selon
le centre français d’information sur l’eau (CIEAU, 2013). La pression grandissante sur les
sources d’eau douce conduit de nos jours à leur contamination par des produits chimiques
divers, mettant en péril le fragile équilibre qui a permis un développement de la vie sur terre.
La sauvegarde de la ressource en eau et la protection de l’environnement sont devenues de ce
fait un enjeu économique et politique majeur, touchant tous les pays.
Pour faire face à cette problématique, la plupart des Etats ont adopté des législatives
contraignantes tendant à sanctionner les rejets de polluants dans la nature. Le secteur de
l’industrie est l’un des secteurs visés par ces mesures drastiques à cause des pollutions
diverses qu’il engendre. Les industries comme la pétrochimie, l’agro-alimentaire, le textile, la
tannerie ou la papeterie produisent d’énormes quantités d’effluents très chargés, difficilement
biodégradables et généralement bio-récalcitrants, nécessitant la mise au point de procédés
spécifiques. L’industrie du textile est d’ailleurs l’une des industries les plus consommatrices
d’eau. Les teintures textiles consomment en moyenne 10,95 milliards de litres d’eau par jour
et sont responsables de 17 à 20% de la pollution d’eau dans le monde (Boucher, 2014) avec
une production annuelle de près de 800 000 tonnes (Mansour et al., 2011). Elles génèrent
des molécules organiques récalcitrantes et toxiques, responsables d’une pollution
organoleptique et esthétique, de l’eutrophisation des cours d’eau ainsi que de leur sous-
oxygénation. Ces molécules sont aussi bio-accumulables et persistantes. Elles sont
susceptibles de causer des problèmes de santé (cancer, dermatoses…) et une fois rejetées
dans la nature contaminent les nappes souterraines, les sols, voire la végétation (Jaggi et al.,
2010; Guiza et Bagane, 2012). Le traitement des rejets industriels se révèle pourtant difficile
car les colorants organiques ne sont pas dégradables par voies conventionnelles (traitement
biologique). Pour réduire ces difficultés de traitement, plusieurs procédés physiques ont été
envisagés notamment la filtration membranaire, la précipitation /coagulation de matières
colorantes, l’adsorption sur charbon actif. Mais ces méthodes ont l’inconvénient de déplacer
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simplement la pollution dans de grandes quantités de boues, d’être inefficaces pour certains
types de colorants spécifiques et d’être relativement coûteuses (Boufia, 2010). Il est alors
important d’imaginer et de mettre en œuvre des solutions simples et peu coûteuses afin de
procéder au traitement des effluents industriels très chargés. Les méthodes chimiques ont
ainsi été perçues comme solution palliative au problème de traitement des effluents
industriels. Toutefois, ces procédés utilisant les oxydants traditionnels (dichlore, ozone…) ne
permettent pas de dégrader complètement les composés organiques, leur rôle étant
principalement de désinfection. De plus, si le polluant contient des halogènes, l’oxydation
génère des sous-produits toxiques comme les trihalométhanes, perçues comme substances
cancérigènes (Boufia, 2010). Pour toutes ces raisons, les chercheurs ont concentré leurs
efforts sur des procédés d’oxydation plus puissants : les procédés d’oxydation avancée
(POA). Ces technologies ont déjà montré leur potentiel dans le traitement de polluants
organiques bio-récalcitrants. Elles reposent sur la formation de radicaux hydroxyles, espèces
très fortement oxydantes et extrêmement réactives. Ils incluent les procédés d’oxydation
chimique en phase homogène (réaction Fenton, ozonation, peroxonation…), les procédés
photochimiques (photocatalyse homogène et/ou hétérogène) et les procédés électriques ou
électrochimiques directs ou indirects.
Le procédé Fenton, procédé d’oxydation avancée est une technologie qui s’est révélée
efficace dans le traitement d’un nombre important de polluants organiques (Boufia, 2010). Il
consiste en la décomposition du peroxyde d’hydrogène (H2O2) par des sels métalliques en
vue de générer des espèces radicalaires très réactives. Il nécessite malheureusement de grande
quantité de produits chimiques comme le fer (Fe2+, Fe3+), entraînant des coûts
supplémentaires et la formation de boues contenant des sous-produits de réaction. Afin de
réduire les coûts liés notamment à l’apport en fer, il peut s’avérer intéressant de se tourner
vers des matériaux locaux riches en fer qui pourraient être utilisés en substitution du fer
industriel.
C’est ce qui a constitué l’objet de notre travail, qui avait pour objectif général d’étudier la
dégradation d’un colorant synthétique modèle, le bleu de méthylène, par procédé Fenton en
remplaçant le fer industriel par du fer extrait de la latérite locale, en vue de réduire les coûts
de traitement. Le bleu de méthylène a été choisi comme base de l’étude du fait de son
utilisation répandue dans le domaine du textile et de sa classification comme étant le plus
important colorant azoïque (Bennani et al., 2010).
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Les objectifs spécifiques de notre étude étaient d’une part d’optimiser le traitement utilisant
le fer industriel et comprendre les paramètres opératoires.
D’autre part, nous avions pour objectif d’effectuer le traitement du bleu de méthylène en
utilisant la latérite, de déterminer la quantité de fer utilisé au cours du traitement et de
comparer les résultats à ceux obtenus avec le fer industriel.
Pour atteindre ces objectifs, nous avons structuré notre étude en trois chapitres :
Le premier chapitre est consacré à une étude bibliographique d’abord sur les colorants
textiles et leur impact environnemental puis sur le colorant bleu de méthylène. Il sera ensuite
présenté une synthèse bibliographique sur les méthodes de traitement des eaux usées, axée
sur les procédés d’oxydation avancée (POA) et notamment le procédé Fenton. Enfin nous
nous tournerons vers la latérite et son utilisation dans les procédés de traitement.
Le second chapitre concerne l’ensemble des méthodes expérimentales ainsi que le matériel
utilisé dans ce travail.
Le troisième chapitre précise les résultats obtenus que nous discuterons par rapport aux
études déjà réalisées dans ce domaine.
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CHAPITRE I : REVUE DE LA LITTERATURE
1. Généralités sur les colorants
Les colorants peuvent se définir comme des substances qui, lorsqu’elles sont appliquées
sur un substrat, confèrent de manière plus ou moins durable une couleur à ce substrat par un
procédé qui modifie, au moins temporairement, toute structure cristalline de la substance
colorée (Jaggi et al., 2010; Amit et al., 2011). La couleur des colorants dépend de leur
capacité à absorber la lumière dans la plage visible (400-700 nm) du rayonnement
électromagnétique (Amit et al., 2011). Les colorants peuvent être des extraits de matières
minérales ou organiques, d’origines naturelles ou issues de synthèse chimique (Mansour et
al., 2011). Un colorant est donc un composé coloré ayant la capacité de teindre. Pour être
considéré comme colorant, le composé doit présenter un certain nombre de critères qui sont
entre autres la résistance à l’abrasion, la stabilité photo-lytique ainsi que la résistance à
l’oxydation (principalement des détergents) et aux attaques microbiennes.
Jusqu’au XIXe siècle, les colorants étaient d’origines naturelles, provenant la plupart du
temps d’extraits végétaux et quelquefois de sources animales. La première mention écrite
prouvant l’utilisation de colorant naturel remonte à 2600 ans avant Jésus Christ et a été
retrouvée en Chine (Amit et al., 2011). À partir du XIXe siècle, les colorants de synthèse ont
progressivement supplanté les colorants naturels. La gamme limitée de colorants naturels
ainsi que les possibilités réduites d’utilisation, ont conduit les chimistes à la synthèse de
colorants avec de nouvelles couleurs. Woulfe en 1771 élabore l’acide picrique en faisant agir
l’acide nitrique sur l’indigo et montre qu’il teint en jaune vif la soie. Mais l’industrie des
colorants synthétiques débute véritablement en 1856 avec la préparation par William Henry
Perkin de la mauvéine issu du goudron de houille (Amit et al., 2011).
Les colorants sont constitués de groupes chromophores responsables de la coloration de la
molécule et de groupes auxochromes intervenant dans la solubilité du colorant et pouvant
apporter des nuances à la couleur de base (IARC, 2010). A ces deux éléments s’ajoutent des
structures aromatiques conjuguées telles que les cycles benzéniques, pérylènes…(Mansour
et al., 2011). Le groupe chromophore grâce à sa capacité à absorber la lumière dans le visible
donne la couleur au colorant tandis-que le groupe auxochrome est chargé d’approfondir cette
couleur (Amit et al., 2011). Divers secteurs comme l’industrie pharmaceutique, l’industrie
textile, l’agroalimentaire, la cosmétique et les papeteries utilisent ces substances.
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2. Classification des colorants d’industries textiles
La classification des colorants peut être faite chimiquement ou de manière tinctoriale. Mais
aucune terminologie absolue n’existe pour cette classification, ce qui est source de difficultés.
La dénomination commerciale des colorants est faite de sorte à rappeler les nuances, le
principal emploi du colorant ou le nom de son inventeur. Les chiffres et les lettres suivant
parfois le nom sont censés préciser la nuance ou certaines propriétés (résistance à la lumière
ou à divers agents).
2.1. Classification tinctoriale
La classification tinctoriale se fonde sur les auxochromes. Elle représente le classement par
domaine d’application. On distingue :
les colorants acides ou anioniques : très solubles dans l’eau, permettant la teinture
des fibres animales et de certaines fibres acryliques modifiées (nylon, polyamide) en
bain légèrement acide ;
les colorants basiques ou cationiques : reconnus pour leur brillance, présentent une
affinité directe pour la laine et la soie. Ils sont aussi utilisables pour les fibres de
coton ;
les colorants de cuve : insolubles dans l’eau, avec une bonne résistance aux agents de
dégradation (lavage, soleil), ils sont largement utilisés sur le coton, le lin, les jeans…
les colorants à mordant qui contiennent généralement un ligand fonctionnel capable
de réagir fortement avec un sel ;
les colorants directs qui contiennent ou sont capables de former des charges électro-
statiquement attirées par les charges des fibres ;
les colorants réactifs : leur appellation est liée à la présence d’une liaison covalente
forte avec les fibres. Ils sont utilisables sur le coton, la laine et les polyamides ;
les colorants développés utilisés le plus souvent sur les fibres cellulosiques ;
les colorants dispersés ou plastosolubles, très peu solubles dans l’eau. Ils sont
utilisés dans la plupart des teintures de fibres manufacturées principalement avec le
polyester.
les colorants au soufre généralement employés sur des fibres en coton pour obtenir
des teintes foncées économiques, résistantes au lavage et à la lumière.
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2.2. Classification chimique
La classification des colorants selon leur structure chimique est fondée sur la nature du
groupe chromophore. Nous avons ainsi distingué :
les colorants azoïques : ils constituent la famille la plus importante (Stellman et al.,
2002) tant sur le plan des applications que sur celui de la multiplicité des structures
étudiées (60 à 70% des colorants synthétiques selon Mansour et al., 2011). Le groupe
fonctionnel azo (-N=N-) caractérise la structure des composés azoïques en unissant
deux groupes alkyles ou aryles, identiques ou non. Les colorants azoïques présentent
de nombreuses nuances allant du jaune au bleu, au vert et même au noir. Ils se
rencontrent dans diverses classes tinctoriales comme les colorants réactifs, dispersés,
les colorants à mordant, les colorants acides, basiques et directs (Mansour et al.,
2011);
les colorants anthraquinoniques qui dérivent de l’anthracène ;
les colorants indigoïdes qui sont des dérivés de l’indigo avec des coloris pouvant
aller de l’orange au bleu turquoise ;
les colorants xanthènes constitués de fluorescéine et dotés d’une intense
fluorescence. Ils sont peu utilisés en teinturerie et beaucoup plus comme marqueurs
en cas d’accidents maritimes ou comme traceurs d’écoulement des rivières
souterraines ;
les phtalocyanines dont la structure repose sur l’atome de cuivre ;
Les colorants nitrés ou nitrosés.
En plus de ces deux types de classification, les colorants peuvent être regroupés selon qu’ils
soient des extraits naturels (colorants naturels) ou synthétisés chimiquement (colorants
artificiels).
L’état du colorant peut également faire l’objet d’une classification. On parle ainsi de pigment
lorsque le colorant se trouve à l’état solide et de colorant lorsqu’il peut se dissoudre en
solution.
3. Impacts des colorants sur la santé et l’environnement
Les colorants synthétiques sont réputés pour être des composés toxiques et persistants
dans l’environnement. Des données tirées d’expérience à long terme ont montré que certaines
classes de colorants, notamment les colorants azoïques et leurs sous-produits, peuvent
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s’avérer cancérigènes et mutagènes, ce qui représente un réel danger pour la santé humaine et
animale (Stellman et al., 2002). Il s’est avéré que plusieurs colorants synthétiques sont
allergènes notamment les colorants synthétiques de couleurs noir et sombres.
Les colorants sont conçus pour résister à la biodégradation afin de répondre aux
exigences des consommateurs en termes de durabilité des couleurs. Ceci implique de plus
grandes difficultés de traitement des effluents colorés, qui demeurent résistants aux procédés
classiques de traitement.
Indépendamment des caractéristiques intrinsèques des colorants, il faut noter que 10 à
50% des colorants utilisés pour la teinture ne sont pas fixés sur les fibres et se retrouvent dans
les effluents industriels (INERIS, 2010). L’anoblissement des matières textiles à travers la
teinture nécessite de grandes quantités d’eau de l’ordre de 8000 litres par kilogramme de
colorants (Ecotintes, 2007). Ces effluents colorés ont un impact sur l’esthétique du milieu et
participent à l’eutrophisation des cours d’eau, en augmentant la turbidité, en générant des
odeurs et en diminuant le taux d’oxygène disponible pour l’écosystème aquatique [12]. Ils ont
aussi un effet nocif sur la nappe phréatique (Guiza et Bagane, 2012).
De nombreux colorants sont à l’origine de maladies telles que les cancers, les
hémorragies, les ulcères ou la dermatite. Cette action néfaste des colorants a pu être
démontrée sur des animaux de laboratoire ainsi que sur l’homme comme le montre une étude
réalisée en 2010 par l’Agence Internationale pour la Recherche sur le Cancer (IARC). Cette
étude relevait que la toluidine, composé intervenant dans la production des colorants,
présente une cancérogénicité quasi-certaine à la fois pour l’homme et pour les animaux.
4. Colorant bleu de méthylène (BM)
La classification chimique et l’analyse des impacts des colorants sur l’environnement
ont montré que les colorants azoïques qui sont les plus utilisés dans le monde, ont des effets
néfastes sur l’environnement et la santé humaine (Bennani et al., 2010). Le plus important
colorant azinique rencontré est le bleu de méthylène (Bennani et al., 2010) qui est aussi le
colorant le plus utilisé pour l’anoblissement du coton, du bois et de la soie. L’étude de ce
composé revêt par conséquent une importance capitale afin d’adopter des moyens de
traitement efficaces, indispensables à la protection de l’environnement. Le colorant bleu de
méthylène aussi appelé chlorure de méthylthioninium, est un colorant cationique de formule
𝐶16𝐻18𝑁3𝑆𝐶𝑙 et de masse molaire 319.85 g.mol-1.
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Sa formule développée se présente comme suit :
Figure 1: Formule développée du bleu de méthylène
Le bleu de méthylène industriel est un colorant qui peut contenir des métaux lourds (zinc). Ce
colorant peut être responsable de brûlures oculaires. L’inhalation de ce composé peut
entraîner des nausées, des vomissements, de la transpiration et des sueurs froides et
abondantes.
Diverses études se sont penchées sur la décoloration et la dégradation du bleu de méthylène
en milieu aqueux. Certains auteurs se sont intéressé à la capacité du bleu de méthylène d’être
adsorbé par certains matériaux tels que le charbon actif ou les mâchefers en phase hétérogène
tandis que d’autres se sont penchés sur la dégradation en phase homogène de ce colorant en
utilisant divers procédés.
En 2014, A. Aarfane et al. ont montré à travers une étude sur l’adsorption sur cendres
volantes et mâchefers que la cinétique d’adsorption du BM sur les deux matériaux suivait un
pseudo-ordre 2 et que le pH de la solution n’avait que peu d’influence sur la décoloration.
Nogueira et al. ont montré en 2008 que la réaction catalytique hétérogène de traitement du
BM par montmorillonite est susceptible d’être améliorée en présence de peroxyde
d’hydrogène. Ce dernier permet une oxydation des composés organiques sans qu’aucun
traitement préalable de la montmorillonite ne soit nécessaire.
Dutta et al. (2001), dans leur étude sur l’oxydation chimique du BM par procédé Fenton, ont
réduit 98% de colorants en 1 heure, d’une solution colorée dont le pH était compris entre 2,2
et 2,6 à température ambiante de laboratoire et à pression atmosphérique. Ils ont montré que
cette décoloration correspondait à environ 81% de réduction de la DCO. Wang et al. en 2014
ont utilisé pour le traitement du BM, le réactif Fe(II) Fe(III)-LDHs, catalyseur hétérogène
fabriqué par co-précipitation de FeSO4 · 7H2O et Fe2 (SO4)3. Ils ont dégradé le BM en
condition acide et neutre et ont éliminé 100% de la couleur en 1h. Ces résultats ont été
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atteints pour une concentration initiale de 10 mg.L-1 de BM, avec un pH optimum de 3 et une
cinétique de pseudo-ordre 2.
5. Procédés de traitement des effluents d’industries textiles
5.1. Les Procédés d’oxydation avancée (POA)
Appartenant à la dernière génération des techniques de traitement des eaux, les procédés
d’oxydation avancée ont pour objectif la minéralisation complète des polluants en dioxyde
de carbone, en eau et en composés inorganiques. Pour les charges polluantes trop élevées, les
POA ont pour objet la dégradation des polluants en composés de toxicité et de concentration
moindre que l’effluent de départ (Huchon, 2002).
Les POA peuvent se regrouper en quatre grandes catégories qui sont :
les procédés d’oxydation chimique en phase homogène [Fe2+/H2O2 et O3/H2O2] ;
les procédés photocatalytiques en phase homogène et/ou hétérogène [UV/H2O2,
O3/UV O3/H2O2/UV, TiO2/UV] ;
les procédés d’oxydation sonochimiques ;
les procédés d’oxydation électriques ou électrochimiques.
Chacune de ces catégorises regroupe des sous classes que sont :
la photolyse (UV, UV/H2O2) ;
l’ozonation (O3, O3/UV , O3/H2O2/UV,);
la réaction Fenton (Fe2+/H2O2, Fe2+/H2O2/UV, Fe3+/H2O2/UV, électro-Fenton) ;
et l’utilisation de semi-conducteurs (ex : TiO2/UV).
Ces technologies reposent sur la production d’entités radicalaires, comme les radicaux
hydroxyles qui sont les substances oxydantes les plus puissantes que l’on puisse utiliser dans
le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels. Ce sont des espèces très actives
susceptibles de réagir avec la quasi-totalité des molécules organiques (Zaviska et al., 2009).
Les POA présentent de nombreux avantages qui sont entre autres leur efficacité dans le
traitement de composés non biodégradables souvent stables, leur capacité de fonctionner à
température et à pression ambiantes ainsi que la faible présence de déchets secondaires ou
concentrés.
Divers travaux ont été réalisés pour déterminer l’efficacité des procédés d’oxydation avancée
sur la dégradation de colorants. Ainsi, Xu et al. en 2004, ont utilisé les procédés Fenton,
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photo Fenton et la photolyse pour dégrader le colorant Vat Blue BO. Ils ont montré que
l’oxydation par photo Fenton était la plus efficace du fait de la libération en solution d’une
plus grande quantité de radicaux hydroxyles. Seyyedi et Jahromi (2014) ont atteint par
photocalyse, 90% de décoloration du colorant CI Direct Black 38 avec 50 ppm de
concentration initiale de colorant, 26,56 mM de peroxyde d’hydrogène et en utilisant comme
catalyseur du TiO2 dosé à 750 mg.L-1 avec un pH optimal de 5. Tehrani-Bagha et al. (2010)
ont procédé eux, à la décoloration et à la dégradation d’un colorant anthraquinone, le CI
Reactive Blue 19 par ozonation. Les résultats ont montré que le traitement à l’ozone est un
procédé très efficace pour la décoloration du colorant avec formation de sous-produits
acides.
5.2. Le procédé Fenton
Le procédé Fenton est un procédé d’oxydation avancée qui permet de générer dans le milieu,
des radicaux hydroxyles OH● et des réactions radicalaires, grâce à la présence d’ions
métalliques (ions ferreux, cuivre…) qui réagissent avec le peroxyde d’hydrogène H2O2. Ces
radicaux hydroxyles possèdent un fort pouvoir oxydant avec un potentiel d’oxydation de
+2.8V (Navalon et al., 2010). Les réactions permettant de générer les radicaux hydroxyles
s’écrivent :
H2O2 + Fe2+ OH● + OH- + Fe3+ (1)
Les radicaux hydroxyles réagissent par la suite soit avec les ions ferreux pour donner des ions
ferriques, ou avec le polluant organique afin de le dégrader.
Fe2+ OH● OH-+ Fe3+ (2)
OH● + polluant organique Produits de dégradation
Lorsque le peroxyde d’hydrogène est ajouté à une solution contenant un substrat organique et
un excès d’ions ferreux en présence d’acide fort, une réaction d’oxydo-réduction complexe se
produit comme le montre les équations suivantes :
H2O2 + Fe2+ OH● + OH- + Fe3+ (3)
OH● + RH H2O+ R● (4)
R● + Fe3+ Fe2+ + R+ (5)
R+ + H2O ROH + H+ (6)
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Cette réaction d’oxydo-réduction a été mise en évidence par Walling et Kato en 1971 et
citée par Kuo (1992). Les ions hydroxyles générés attaqueraient le substrat organique RH.
Ainsi, le groupe chromophore ou chromogène de la molécule colorée serait détruit et
décoloré. Trois ans après la mise en évidence de ces réactions, ils ont montré que les
réactions indésirables les plus probables de s’établir s’écrivent comme suit :
H2O2 + OH● H𝑶𝟐● + H2O (7)
2R●R-R (8)
La dimérisation au niveau de l’équation 8 serait à l’avantage d’une décoloration (Kuo, 1992).
Les ions ferriques générés peuvent former des complexes hydroxy-ferriques en se combinant
aux ions hydroxydes, avec une forte tendance à la polymérisation. Ainsi, les molécules
décolorées restantes en solution sont susceptibles de se coaguler et de précipiter.
Concernant le pH, plusieurs études ont montré que la réaction Fenton se déroulait de manière
plus optimum lorsque le mélange en solution avait un pH compris entre 2 et 4 avec un
optimum de 3 (Khataee et Pakdehi, 2014). Par ailleurs, le procédé Fenton classique repose
sur l’utilisation de l’ion ferreux comme catalyseur. Mais en pratique, les couples redox tels
que Co3+/Co2+, Cu2+/Cu+, Ag2+/Ag+ peuvent jouer le rôle de catalyseur (Khataee et Pakdehi,
2014; Diagne 2011; Begum et al., 2014).
De nombreux auteurs ont étudié l’effet des procédés Fenton sur divers types de polluants.
Barbeni et al. en 1987 au Canada, avaient utilisé en solution aqueuse les réactifs de Fenton
Fe2+ et H2O2 pour la décomposition des chlorophénols. La minéralisation de ces composés
aromatiques chlorés en dioxyde de carbone a été étudiée. Les auteurs ont montré que
l’augmentation de la concentration en fer augmentait la décomposition tandis que
l’augmentation de la concentration en chlorophénols inhibait la réaction.
Pour réduire les coûts d’utilisation et améliorer les performances, il a été développé d’autres
systèmes Fenton comme l’électro-Fenton et le photo-Fenton. Aussi, des matériaux d’origine
naturelle et riche en ions métalliques ferreux tels que les argiles, les silices et zéolites, les
cendres volantes et les mâchefers, sont-ils utilisés en substitution du fer industriel
(Sivakumar et al., 2011; Aarfane et al., 2014; Wang et al., 2014; Kuo, 1992; Barbeni et
al., 1987). Ainsi, Khataee et Pakdehi en 2014 ont utilisé de la latérite naturelle comme
catalyseur pour traiter une solution d’azoture de sodium par procédé Fenton hétérogène. Ils
ont conclu que la latérite était une alternative pour les sels ferreux typiques.
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On parle ainsi de procédé Fenton en phase hétérogène lorsque le fer réagissant est fixé sur un
support. Lorsqu’au contraire le fer est mis en solution sans être porté par un support, la phase
sera dite homogène. En phase hétérogène, en plus des réactions d’oxydation qui se déroulent
pour le procédé Fenton, nous pouvons remarquer une phase d’adsorption sur les supports, ce
qui permet une amélioration du traitement. Nogueira et al. en 2009 ont d’ailleurs relevé la
capacité d’adsorption des argiles et argiles minérales dans le traitement de polluants.
6. Généralités sur la latérite
La latérite est une roche provenant de l’altération des roches silicatées ou carbonatées. Cette
altération est causée par les agents atmosphériques en climat chaud et humide. Les latérites
forment généralement des cuirasses qui sont des réserves de fer et d’aluminium, pauvres en
substances nutritives pour les plantes (Vuilleumier, 2015). La latérite est constituée de fer,
d’aluminium, de titane, de manganèse et de silicium. Elle recouvre environ 33% des
continents et se retrouve principalement dans la zone intertropicale. Au Burkina Faso, les
plateaux latéritiques parfois très cuirassés dominent la majeure partie du territoire. La latérite
que nous avons utilisée dans le cadre de cette étude, provenait de la ville de Dano. La
situation géographique de cette ville est établie en annexe 1.
Plusieurs auteurs ont travaillé sur la latérite en l’utilisant comme catalyseur dans les réactions
de dégradation de colorants. Une élimination de 88% et 100% du polluant 2-Aminopyridine
(2AP) respectivement pour la réaction Fenton et Photo-Fenton en utilisant de la latérite a été
obtenue à pH = 3 et à 10 mg.L-1 de concentration initiale, par Karale et al. en 2013. La
vitesse optimum de réaction a été obtenue pour une concentration de peroxyde d’hydrogène
H202 égale 40 mg.L-1 et celle de fer issue de la latérite de 1 mg.L-1. Manu et al. en 2011 ont
effectué le traitement du paracétamol par procédé Fenton. Dans leur étude, la latérite, utilisée
comme source de fer pour le réactif de Fenton, a été étudiée en comparaison avec le fer
industriel Fe2SO4.7H2O. En 240 minutes, ils ont observé la destruction de 100% de
paracétamol pour une concentration initiale de 10 mg.L-1 avec pH optimum de 3 et un rapport
R=[𝐻2𝑂2]
[𝑓𝑒𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑡𝑒] égal à 40. Ces expériences ont été réalisées à température ambiante.
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CHAPITRE II : MATERIELS ET METHODES
Le suivi de la dégradation du bleu de méthylène par le procédé Fenton a été réalisé par
plusieurs méthodes. Une caractérisation de la latérite de Dano a tout d’abord été effectuée au
laboratoire CRISMAT (Centre National de Recherche et de Technologie Matériaux ENSI
Caen) en France. Deux types d’analyses ont été effectués afin de déterminer les
caractéristiques de la latérite utilisée. Il s’agit de l’analyse élémentaire EDS (Energy Disperse
X-Ray Spectroscopy) et de l’analyse par diffraction de rayon X. Ensuite, nous avons suivi les
performances de décoloration et de dégradation de la molécule de BM à travers l’utilisation
de la spectrophotométrie d’absorption moléculaire et la détermination du Carbone Organique
Total (COT). La longueur d’onde 661 nm a ainsi permis de suivre la décoloration tandis que
la longueur d’onde 291 nm et le COT ont permis le suivi de la dégradation de la molécule de
BM. Enfin, une étude cinétique a été effectuée pour chaque traitement afin de déterminer la
vitesse et l’ordre des réactions. Il faut souligner que pour l’utilisation de la latérite, certains
paramètres comme l’influence du pH, l’influence de la concentration des différents réactifs,
l’influence de la lumière et de l’obscurité ainsi que le recyclage de la latérite, ont été étudiés.
1. Principe de l’analyse élémentaire EDS
Le principe est fondé sur le balayage par un faisceau électronique de la surface de l’élément à
analyser. Diverses interactions se créent entre les électrons incidents et la matière, générant
des signaux utilisés pour la construction d’image ou pour la microanalyse chimique. Les
résultats de l’analyse EDS nous montre que l’élément spectral le plus important dans la
latérite est le fer avec un pourcentage massique de 48,31%. Il est suivi du silicium (Si) à
26,42% de masse et de l’aluminium à 21,88%. D’autres éléments comme le cobalt, le
potassium, le sodium et le titane se retrouvent en faible proportion. Le tableau en annexe 2
récapitule les résultats obtenus par EDS.
2. Principe de l’analyse par Diffraction Rayon X
Le principe simplifié est fondé sur la diffraction d’un faisceau de rayons X monochromatique
incident par l'échantillon à certains angles spécifiques, suivant la loi de Bragg. Le signal est
enregistré par un détecteur adapté et permet une visualisation des angles et intensités des pics
de diffraction obtenus. L'indexation de ces pics est réalisée à l'aide de bases de données
spécifiques, permettant l'identification du (ou des) composé(s) en présence.
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L’ensemble des pics est souvent appelé « spectre » de diffraction. Il constitue l’empreinte
digitale de la substance cristalline qui se trouve dans l’échantillon. Ce spectre est ensuite
comparé à une base de données qui renferme les spectres de toutes les substances cristallines
connues. On peut ainsi identifier les minéraux. La préparation des échantillons peut se faire
de deux manières: ils peuvent être broyés sous la forme d'une poudre qui est disposée telle
quelle dans un porte-échantillon (préparations non orientées) ou sous la forme d'un dépôt de
minéraux sur une plaquette de verre par séchage d'une suspension (préparation orientée).
Les résultats de l’analyse par diffraction Rayon X nous montre deux phases principales dans
la latérite : la kaolinite Al2Si2(OH)4 avec 51,4%-massique et le quartz avec 19,9%-massique.
Les phases à base de fer forment le deuxième sous-ensemble avec la goethite FeO(OH) à
20.9%-massique, l’hématite à 6,3%-massique et la ferrite (fer-alpha) à 0,3%-massique. Enfin,
deux phases de formule TiO2 sont présentes en moindre quantité. La figure en annexe 3
illustre les résultats obtenus pour la latérite de Dano.
3. Principe de la spectrophotométrie d’absorption moléculaire UV/Visible
La technique de spectrophotométrie se fonde sur la propriété de la matière, en particulier de
certains ions, atomes et molécules d’absorber certaines radiations. Elle consiste à mesurer
l’absorbance d’une solution à une longueur d’onde donnée pour en déduire sa concentration,
en s’aidant de la loi de Beer-Lambert. Cette loi s’écrit de la manière suivante :
A=Log𝐼𝑜
𝐼 A= absorbance ou densité optique à une longueur d’onde
I0=intensité du faisceau lumineux monochromatique incident
I=intensité du faisceau lumineux émergent
La spectrophotométrie d’absorption moléculaire UV-Visible, employée dans le domaine
ultraviolet (UV) de 185 à 380 nm environ et visible de 380 à 800 nm environ, est une
technique courante de contrôle et d’analyse de composés chimiques. Elle s’applique à des
groupements d’atomes qui absorbent le rayonnement électromagnétique dans le domaine UV-
VIS. L’absorption de la lumière UV-VIS par les molécules se produit, comme pour les
atomes, du fait de transitions électroniques entre différents niveaux d’énergie. Une courbe
d’étalonnage E=f (C), réalisée au préalable, permet de déterminer la concentration des
espèces en solution mais aussi de suivre la décoloration des solutions à l’aide des
absorbances. Les chromophores sont les groupements chimiques qui influencent le plus
fortement les caractéristiques de l’absorption moléculaire.
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4. Principe de la spectrophotométrie d’absorption atomique
La détermination de la concentration en fer a été effectuée par spectrophotométrie
d’absorption atomique à flamme. Dans son principe, la spectrophotométrie AAS à flamme
consiste en une vaporisation de l'échantillon liquide et en un chauffage à l'aide d'une flamme.
La flamme est dirigée vers une lumière émise par une lampe appropriée émettant les
longueurs d'onde caractéristiques de l'élément recherché. En traversant la flamme, les ondes
lumineuses, dont les longueurs d'onde correspondent à l'élément dosé, sont absorbées par les
ions excités présents dans la flamme. La sensibilité des dosages en mode flamme est limitée
par des réactions secondaires (évaporation) et par le temps très court de passage dans la
flamme. Pour accroître la sensibilité du dosage, il est nécessaire de réduire ou d'éliminer ces
deux facteurs par atomisation. Celle-ci est réalisée dans un four graphite d'un volume réduit
sous atmosphère inerte.
5. Principe de détermination du COT (spectrométrie infrarouge)
Le principe est fondé sur le dégazage du carbone inorganique et des composés volatiles de
l’échantillon acidifié. Les matières organiques sont par la suite portées à combustion à 680°C
sur un catalyseur de platine. Le dioxyde de carbone produit est déterminé par spectrométrie
infrarouge. La quantification est faite après étalonnage préalable.
6. Spectrophotométrie UV/Visible des solutions de BM
6.1. Préparation de la solution de bleu de méthylène
Une poudre de bleu de méthylène pure pour analyse a été utilisée pour la préparation de la
solution mère de bleu de méthylène de concentration 1g.L-1. Nous avons prélevé 1 g de cette
poudre que nous avons introduite dans une fiole jaugée de 1 L. Cette fiole a été complétée au
trait de jauge avec de l’eau milli-Q puis placée en agitation pendant 1 h.
6.2. Caractérisation spectrophotométrique UV/Visible de la solution de BM
6.2.1. Détermination de la longueur d’onde des absorbances maximales
Une solution fille de bleu de méthylène de concentration 20 mg.L-1 a fait l’objet d’un
balayage spectral des longueurs d’ondes 200 à 800 nm. Nous avons observé des pics
d’absorption aux longueurs d’onde 291 nm et 661 nm. Ces deux longueurs d’onde ont servi à
l’élaboration d’une courbe d’étalonnage en utilisant des solutions standards dont les
concentrations variaient de 0 à 10 mg.L-1.
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Figure 2 : Balayage spectral d’une solution de BM de concentration 20 mg.L-1
6.2.2. Etablissement de la courbe d’étalonnage du BM
La concentration [C] des solutions étalons variaient de 0 à 10 mg.L-1. Les volumes à prélever
ont été calculés en appliquant la formule suivante :
Vi=[𝐶𝑓]∗𝑉𝑓
𝐶𝑖 avec Vi le volume de solution mère à prélever
Vf le volume final
Cf la concentration de l’étalon
Ci la concentration de la solution mère (1g/L)
Le tableau I résume les différents volumes que nous avons prélevés pour la préparation des
solutions étalons.
Tableau I : Volumes à prélever pour la préparation des solutions étalons
Solution 0 1 2 3 4 5 6
Cf mg.L-1 0 2 3 4 6 8 10
Vi en mL à prélever 0 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1
Une fois les volumes à prélever déterminés, nous introduisons ces volumes de BM dans des
fioles jaugées de 100 mL et complétons d’eau milli-Q jusqu’au trait de jauge. Nous agitons à
l’aide d’un barreau aimanté pendant 15 minutes, puis procédons à la lecture des absorbances
au spectrophotomètre d’absorption moléculaire, aux longueurs d’onde 291 nm et 661 nm. Le
blanc utilisé était constitué d’eau milli-Q. Le tableau II récapitule les absorbances lues pour
chaque solution étalon. De ces valeurs, nous avons tracé deux courbes d’étalonnage qui ont
servi pour la détermination des concentrations une fois les absorbances A connues.
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
0 200 400 600 800 1000
291 nm
661 nm
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Tableau II: Récapitulatif des absorbances lues pour les étalons aux longueurs d’onde 661 nm et 291 nm
Les courbes d’étalonnage obtenues sont représentées comme suit.
Figure 3: Courbes d’étalonnage du BM pour λ=291 nm et λ=661 nm
7. Préparation de la solution de fer
7.1. Avec sel de sulfate ferreux FeSO4
Le sulfate ferreux, poudre blanche à l’état d’anhydre, a été utilisé. La concentration de la
solution mère de sulfate ferreux était de 3g.L-1. Pour obtenir cette concentration, 3 g de
sulfate ferreux anhydre sont versés dans une fiole jaugée de 1 L contenant 500 mL d’eau
milli-Q. Une goutte d’acide sulfurique concentrée à 95% est ajoutée dans la fiole qui est mise
en agitation pendant 30 secondes. Cette fiole est par la suite complétée jusqu’au trait de jauge
et placée sous agitation pendant 1 h jusqu’à obtention d’une solution de couleur rouge brique.
Les sels ferreux se décomposent en solution pour donner des ions ferreux suivant l’équation
FeSO4 Fe2+ + SO42- (9)
7.2. Avec sel de sulfate ferrique Fe2 (SO4)3
Le sulfate ferrique est un sel sous forme de poudre anhydre de couleur verdâtre. Une solution
de concentration 3g.L-1 de sulfate ferrique a été préparée suivant la même procédure que pour
le sulfate ferreux. Les sels ferriques se décomposent en solution pour donner des ions ferreux
suivant l’équation Fe2 (SO4)3 2Fe3+ + 3SO42- (10)
y = 0.2089xR² = 0.9962
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 5 10 15
Ab
sorb
ance
Concentration en mg/L
courbe d'étalonnage λ=291 nm
y = 0.2967xR² = 0.9936
0
1
2
3
4
0 5 10 15
Ab
sorb
ance
Concentration en mg/L
courbe d'étalonnage λ=661nm
Solution 0 1 2 3 4 5 6
[BM] mg.L-1 0 2 3 4 6 8 10
Absorbance à 291nm 0 0,394 0,598 0,811 1,343 1,688 2,044
Absorbance à 661 nm 0 0,591 0,888 1,185 1,951 2,378 2,862
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8. Préparation du mélange colorant-réactif de Fenton industriel pour le traitement
Le volume requis de fer industriel, nécessaire à l’atteinte de la concentration en fer
recherchée, est introduit dans un erlenmeyer puis l’on procède au traitement par ajout du BM
et du H2O2 de volume donné ainsi qu’à l’ajustement du pH. La figure 4 illustre le principe de
traitement.
Figure 4: Mélange colorant-réactif de Fenton en utilisant la solution mère de fer industriel (Fe2(SO4)3 ou FeSO4)
9. Préparation du mélange colorant-solution de fer issu de la latérite
L’extraction du fer de la latérite a été effectuée de trois manières différentes à savoir
l’extraction sur lit de latérite simple, l’extraction par attaque acide, l’extraction sur lit
d’attaque acide. L’attaque acide a été effectuée soit par mélange de trois acides (attaque
triacide) soit avec un seul type d’acide. Chacune des expériences a nécessité l’ajustement du
pH à 3. Les figures 5 et 6 illustrent le principe d’extraction du fer issu de la latérite et de
traitement du BM.
Figure 5: Mélange colorant-réactif de Fenton en utilisant le fer de la latérite
a b
c
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Figure 6 : Mélange colorant surnageant de solution de latérite
Pour le lit de latérite (figure 5-a), nous avons:
Prélevé 3 g de latérite dans un erlenmeyer de 250 mL. Compléter de 100 mL d’eau
milli-Q.
Attendre un certain temps que le fer soit extrait de la latérite. Les temps d’attente
appelés temps de contact étaient de 1 h, 24 h et 72 h.
Une fois le temps d’attente arrivé à échéance, compléter la fiole de bleu de méthylène
et de H2O2 pour le traitement en ajustant le pH à 3.
Pour la latérite attaquée à l’acide (attaque à un seul acide et attaque triacide) [figure 5-b]
3 g de latérite dans un tube conique de 50 mL
10 mL d’acide simple pour l’attaque acide simple (HCl/ HNO3/H2SO4) ou 6 mL de
H2SO4+ 2mL de HCl+ 2mL de HNO3 pour l’attaque triacide
Ajouter avec prudence de l’eau milli-Q jusqu’au trait des 50 mL du cône
Attendre un certain temps (1 h, 24 h ou 72 h) que le fer soit extrait de la latérite.
Prélever tout le surnageant pour le traitement du bleu de méthylène (figure 6)
Pour le lit de latérite attaquée (figure 5-c)
3 g de latérite dans un erlenmeyer de 250 mL.
Introduire ensuite 6 mL de H2SO4+2mL de HCl+2mL de HNO3 pour l’attaque
triacide
Attendre un certain temps que le fer soit extrait de la latérite (Temps de contact 24 h).
Une fois le temps d’attente arrivé à échéance, compléter la fiole de bleu de méthylène
et des autres réactifs pour le traitement.
Nous avons par ailleurs déterminé l’effet du recyclage de latérite sur le traitement du bleu de
méthylène. Pour ce faire, nous avons dans un premier temps effectué un premier traitement
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d’une solution de BM pendant 3 jours. La latérite utilisée dans ce traitement a par la suite été
lavée avec 250 mL d’eau distillée pour le lit de latérite et 45 mL pour la latérite attaquée à
l’acide. Après une décantation de 24 h, le liquide issu du lavage a été séparé. La latérite lavée
a, dans un deuxième temps, été réutilisée soit dans un lit de latérite ou pour une deuxième
attaque acide. Nous avons suivi le même procédé lors du deuxième recyclage de latérite.
10. Méthode de détermination du Carbone Organique Total au cours du traitement
La détermination du COT a été effectuée au laboratoire central de l’Office National de l’Eau
et de l’Assainissement (ONEA). Les échantillons ont été préparés à la section physico-chimie
des eaux du laboratoire LEDES puis conservés avec 1 ml.L-1 d’acide chlorhydrique HCl et
refroidis à une température avoisinant les 4°C. La réaction Fenton a été stoppée à l’aide de
l’antioxydant bisulfite de sodium Na2SO3 et en rendant le pH très basique comme stipulé en
annexe 6. Un antioxydant est une substance capable de bloquer les réactions d’oxydation.
Dutta et al. en 2001 ont montré que les pH très basiques empêchaient la réaction Fenton de
se produire [15]. Un test de confirmation de l’arrêt de la décoloration par addition de bisulfite
de sodium et augmentation du pH a été au préalable réalisé sur une solution de BM de 40
mg.L-1.
L’appareil de mesure du COT était un COTmètre de marque SHIMADZU TOC-L, CPN avec
passeur automatique ASI-L. Le transport a été réalisé dans une glacière munie
d’accumulateurs de froid et les analyses ont été faites aussitôt que possible après le
prélèvement. Nous avons prélevé 100 mL du surnageant de chaque solution dont nous
voulions déterminer le COT. Nous avons déterminé l’évolution du COT au cours du
traitement dans le cas de la latérite brute et de l’attaque triacide ; cela à des pas de temps de
traitement précis (à t=0 h, t=5 min, t=1 h, t=24 h et t=72 h). Les schémas suivants illustrent
les différentes manipulations effectuées.
Figure 7 : Préparation d’échantillon pour suivi de l’évolution du COT au cours du traitement du BM en utilisant
LL
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Figure 8 : Préparation d’échantillon pour suivi de l’évolution du COT au cours du traitement du BM en utilisant AA
11. Méthode de détermination du fer total au cours du traitement
La détermination du fer en solution a été effectuée au laboratoire central de l’Office National
de l’Eau et de l’Assainissement (ONEA). Les échantillons ont été préparés et conservés au
minimum 1 jour avant l’analyse avec de l’acide nitrique (3ml.L-1 d’échantillon) à pH
inférieur à 2. 100 mL de chaque solution ont été prélevé pour l’analyse de fer. Les analyses
ont été effectuées par spectrophotométrie d’absorption atomique à flamme suivant un
protocole précis. L’appareil de mesure était un spectrophotomètre de marque PerkinElmer
PinA Aele 900T. L’échantillonnage a été effectué de la même manière que pour l’analyse du
COT à l’exception du HCl qui est remplacé par 3 ml.L-1 d’acide nitrique pour la conservation
des échantillons. Aussi, les temps de traitement à l´issue desquels sont faits les prélèvements
étaient de t=1 h, t=24 h et t=72 h. Tous les autres paramètres ([H2O2], [BM]) étaient les
mêmes.
12. Etude cinétique de la décoloration et de la dégradation du bleu de méthylène
La cinétique de décoloration a été déterminée en utilisant la spectrophotométrie d’absorption
moléculaire à la longueur d’onde 661 nm qui est dans la partie visible du spectre
électromagnétique. La cinétique de dégradation du BM, elle, a été déterminée en utilisant les
mesures des absorbances à la longueur d’onde 291 nm ou à l’aide du COT. Ces cinétiques
impliquaient la détermination de la constante de vitesse k, nécessaire à la détermination de
l’ordre de la réaction. Les paramètres agissant sur la vitesse d’évolution d’un système
chimique, appelés facteurs cinétiques, dépendent de la concentration des réactifs, de la
température du milieu, de l’éclairement et de la présence de substances autres que les réactifs.
Toutes les expériences ont été effectuées à la température ambiante du laboratoire.
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L’équation bilan de décoloration du BM s’écrit :
Composé + OH● sous-produit de composé (11)
Pour une cinétique d’ordre 1 :
V=−𝑑 [𝐵𝑀]
𝑑𝑡= 𝑘. 𝐶1
On obtient par intégration (avec C=C0 à t=0) que pour une cinétique d’ordre 1 :
Ln𝐶
𝐶0=k.t
Pour une cinétique d’ordre 2
V=−𝑑2 𝐶
𝑑𝑡2= 𝑘𝑎𝑝𝑝. 𝐶2
On obtient par intégration (avec C=C0 à t=0) que pour la cinétique d’ordre 2 :
1
𝐶−
1
𝐶0= 𝑘𝑡
Pour le calcul des rendements ou taux d’abattement Rt du B.M, nous avons utilisé la formule
ci-dessous:
Rt = [𝐵.𝑀]𝑖𝑛𝑖𝑡𝑖𝑎𝑙𝑒−[𝐵.𝑀]𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙𝑒
[𝐵.𝑀]𝑖𝑛𝑖𝑡𝑖𝑎𝑙𝑒∗ 100
Les différentes absorbances ont été lues sur un spectrophotomètre d’absorption moléculaire
de marque DR 5000.
13. Sources des produits chimiques utilisés
L’étude de la dégradation du bleu de méthylène par procédé Fenton a nécessité l’usage de
composés chimiques que sont : le bleu de méthylène, le peroxyde d’hydrogène, l’acide
sulfurique, l’acide chlorhydrique, l’acide nitrique, l’hydroxyde de sodium, les sels de sulfate
ferrique et ferreux, le sulfite de sodium et l’eau milli-Q. Toutes ces substances chimiques,
leur pureté ainsi que leur fournisseur sont consignés en annexe 5.
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CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSION
1. Utilisation du fer industriel
1.1. Effet du type de fer industriel
Le procédé Fenton est une méthode analytique fondée sur l’effet catalytique du fer en
solution. Deux types d’ions fer provenant du sulfate de fer sont susceptibles d’intervenir dans
ce type de procédé. Il s’agit de l’ion ferreux (Fe2+) et de l’ion ferrique (Fe3+) ; il convient
donc de déterminer le type d’ions permettant une réaction à une vitesse optimum.
Les essais ont été effectués en utilisant deux concentrations en BM de 20 mg.L-1 et 10 mg.L-1
avec un rapport R=2,5 correspondant à 6 mg.L-1 de H2O2 et 2,4 mg.L-1 de Fe2+. L’absorbance
a été lue à λ=661nm. La figure 9 et le tableau III présentent les résultats obtenus.
Figure 9 : Influence du type de fer industriel sur le traitement du BM
De ces résultats, il ressort d’une part que l’ordre de la réaction passe de I à II lorsque le fer II
est utilisé à la place du fer III dans le traitement par procédé Fenton. D’autre part, après 10
min de traitement, l’utilisation du fer II a permis d’obtenir une décoloration avec un
rendement supérieur à 50% contre moins de 30% de rendement pour une utilisation du fer III.
De nombreux travaux sur les procédés Fenton ont montré que le fer II est un catalyseur plus
efficace que fer III (Wang. 2014; Diagne. 2011; Kuo. 1992). Compte tenu de l’efficacité du
Fe2+ dans la réaction Fenton, nous avons opté pour la solution de sulfate ferreux FeSO4, 7H2O
donnant des ions ferreux, pour la suite des analyses (Equation 9).
-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
[BM
] e
n m
g.L
-1
Temps de traitement en min
Fe III 10 mg.L-1
Fe III 20 mg.L-1
Fe II 10 mg.L-1
Fe II 20 mg.L-1
Type
de Fer
[BM]
(mg.L-1)
Rt %
en 10
min k Ordre
Fe2+
10
74,38 0,0315 II
Fe3+ 27,96 0,0628 I
Fe2+
20
57,30 0,0066 II
Fe3+ 28,29 0,0043 I
Tableau III : Rendement de décoloration en
fonction du type utilisé de Fer
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1.2. Effet du pH du milieu sur le traitement avec le fer industriel
La détermination du pH optimum pour le traitement par procédé Fenton était une condition
indispensable pour mener à bien notre étude. Un ratio R= 4,5 correspondant à 6 mg.L-1 de
H2O2 et 1,34 mg.L-1 de Fe2+ a été choisi pour l’analyse avec une concentration en BM de 10
mg.L-1.
Figure 10 : Effet du pH sur le traitement du BM en utilisant le fer industriel
Les mesures ont été effectuées à la longueur d’onde λ= 661 nm. En ajustant le pH du mélange
à 3, nous avons obtenu après 30 min de traitement, un rendement de 96,77 %. Ce rendement
de décoloration était meilleur par rapport à ceux obtenus pour un pH de 1,5, 4 et 5,3.
Kuo, 1992 a montré que pour des valeurs de pH supérieures à 4, les ions ferreux étaient
instables et avaient tendance à donner des ions ferriques facilement complexables en
hydroxydes de fer. Dutta et al. ont trouvé que le pH optimum dans le traitement du bleu de
méthylène par procédé Fenton se situait entre 2 et 3. Nos résultats sont similaires à ceux de
Karale et al., qui ont trouvé un pH optimum de 3 pour le traitement du 2-Aminopyridine par
oxydation avancée en utilisant de la latérite. Ils ont montré que la faible dégradation à pH 2 et
2,5, était due au piégeage par les ions H+ des radicaux hydroxyles et à l’inhibition de la
formation des ions ferreux en solution.
1.3. Etude comparative du spectre d’absorption du BM à différents temps de traitement
avec et sans ajustement du pH
Deux solutions de BM de concentration 40 mg.L-1 dont le pH de l’une a été ajusté et celui de
l’autre laissé comme tel, ont été soumises à un traitement par procédé Fenton. Les réactifs de
0 5 10 15 20 25 30
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
[BM
] e
n m
g.L
-1
Temps de traitement en min
pH=5.3
pH=4
pH=3
pH=1.5
Tableau IV : Rendement de dégradation du BM en
fonction du pH (t=30 min)
pH k
Rt (%) Ordre
1,5 0,0039 49,22 II
3 0,0386 96,77 II
4 0,0088 68,67 II
5,3 0,0048 55,28 II
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Fenton étaient le fer industriel de concentration en Fe2+ égale à 1,34 mg.L-1 et le peroxyde
d’hydrogène H2O2 à 6 mg.L-1. Des prélèvements ont été effectués à des intervalles de temps
afin de suivre l’évolution de la dégradation par spectrométrie d’absorption moléculaire.
L’analyse spectrométrique a été réalisée par balayage de spectre UV-Visible entre 200 et 700
nm (les pics du BM se situant à 291 nm et 661 nm). La figure 11 présente les résultats
obtenus.
Figure 11 : Balayage spectral solution de BM de pH non ajusté (a) et pH=3 (b)
Nous remarquons que la décroissance des pics d’absorbance est fonction du temps de
traitement ; plus ce dernier est important, plus le pic de l’absorbance diminue. L’ajustement
du pH permet une accélération de la baisse du pic dans la partie visible (661 nm) qui devient
proche de zéro après 30 min de réaction. Par contre, pour la solution dont le pH n’était pas
ajusté, nous avons constaté une baisse mais pas une annulation du pic après 30 minutes de
réaction et à la longueur d’onde 661 nm. Pour ce qui est de la partie du spectre se trouvant
dans l’ultra-violet (291 nm), nous avons constaté une diminution du pic bien plus lente que
celle dans la partie visible du spectre, sans annulation du pic après 30 min. Le rendement à
pH= 3 après 30 min était de 36,41% pour λ=291 nm et 83,48% pour λ=661 nm. A pH non
ajusté, l’allure du spectre est légèrement modifiée ce qui montre que la dégradation de la
molécule à ce pH n’est pas significative. Par contre, l’ajustement du pH a permis une
modification remarquable de l’allure du spectre ce qui dénote une dégradation effective de la
molécule de BM à pH = 3.
Ce résultat nous permet de conclure que le procédé Fenton, réalisé dans les conditions
optimales (pH=3), permet une dégradation partielle de la molécule de BM avec une
décoloration optimale au bout de 30 min. En effet, Ramirez et al., dans leur étude de 2007
sur le traitement par procédé Fenton de l’orange II, ont établi que les pics d’absorption dans
la région UV étaient dus aux cycles de benzène tandis que celui dans la région visible était dû
200 300 400 500 600 700
0
2
4
6
8
10
Abs
orba
nce
Longueur d'onde en nm
t=0 min
t=5 min
t=7 min
t=10 min
t=12 min
t=15 min
t=20 min
t=25 min
t=30 min
200 300 400 500 600 700
0
2
4
6
8
10
A
bsor
banc
e
Longueur d'onde en nm
t=0
t=5 min
t=10 min
t=15 min
t=20 min
t=25 min
t=30 min
a b
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à la liaison azoïque contenant le groupe chromophore. La diminution du pic dans le visible
traduit donc une décoloration de la molécule puisque la couleur est donnée par le groupe
chromophore. Pour la suite des travaux, la longueur d’onde 291 nm dans l’UV permettra de
suivre la dégradation de la molécule de BM puisqu’elle est liée à la présence des cycles de
benzène et celle de 661 nm sera utilisée pour le suivi de la décoloration du BM.
1.3. Effet de la concentration en BM
Trois solutions de BM de concentration 10 mg.L-1, 20 mg.L-1 et 40 mg.L-1 ont été traitées par
procédé Fenton en associant du Fe2+ à 2,4 mg.L-1 et du H2O2 à 12 mg.L-1 (R=5); la lecture des
absorbances s’est faite à λ=661 nm (Figure 12).
Figure 12 : Effet de la concentration de BM sur la décoloration
La solution de BM de concentration de 10 mg.L-1 s’est décolorée plus rapidement que les
deux autres solutions avec un rendement de décoloration supérieur à 80% en 15 min, contre
84,75% en 35 min pour la solution de 20 mg.L-1 et 76,99% pour celle de 40 mg.L-1. Le temps
nécessaire à la décoloration de la molécule de BM est plus faible lorsque la concentration en
BM est faible.
La réaction suit une cinétique de pseudo-second ordre. La constante k de vitesse apparente
était 5 fois plus élevée pour une concentration de BM de 10 mg.L-1 que pour celle de 40
mg.L-1. Elle était 2 fois plus élevée pour la concentration de 10 mg.L-1 que pour celle de 20
mg.L-1. La figure 12 et le tableau 5 illustrent ces résultats. La cinétique de la réaction nous
montre que la décoloration est d’autant plus rapide que la concentration est faible. Certains
auteurs ont déjà fait le même constat. Karale et al. (2013) ont constaté une baisse du taux de
dégradation du 2-AP de 86,3 à 70,4% lorsqu’ils faisaient passer la concentration initiale en
polluants de 10 à 80 mg.L-1.
[BM]
mg.L-1
t
(min) k
Rt
(%) Ordre
10 15 0,0301 85.23 II
20 20 0,0107 84.75 II
40 35 0,0042 76.99 II
Tableau V : Rendement de la réaction de
décoloration en fonction de [BM]
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1.4. Effet de la concentration de H2O2
1.4.1. En absence de fer
La figure 13 regroupe les résultats que nous avons obtenus en faisant varier la concentration
en peroxyde d’hydrogène H2O2 de 98 à 294 mg.L-1 pour deux types de solution de BM de
concentration 10 mg.L-1 et 40 mg.L-1. Nous avons déterminé l’influence du H2O2 sur le BM
en absence de fer ; la lecture des absorbances a été faite dans le visible à λ= 661nm.
Nous remarquons d’après la figure 13 que quelle que soit la concentration en BM et en
peroxyde d’hydrogène, l’effet du H2O2 est pratiquement nul. En effet, après un temps
arbitrairement choisi de 120 min, nous avons remarqué un abattement maximum de 1,31%
pour [BM]=10 mg.L-1. Pour 40 mg.L-1, la concentration oscillait sans vraiment diminuer au
cours du traitement. Il en ressort donc que le peroxyde d’hydrogène n’est pas apte à dégrader
seul le BM du fait de son faible pouvoir oxydant (1,8 V/ENH contre 2,8 V/ENH pour le
radical hydroxyle (Guittonneau et al., 1988). Boufia (2010) a montré que l’augmentation de
la concentration en peroxyde d’hydrogène de 1 à 2 mM améliorait l’efficacité du traitement
du colorant azoïque BB 41, mais seulement lorsque le H2O2 était couplé avec l’apport d’ions
ferriques à 0,2 M.
1.4.2. En présence de fer
Avec [Fe] constante
L’efficacité du traitement par procédé Fenton nécessite la présence à la fois du peroxyde
d’hydrogène et d’un ion métallique susceptible de le décomposer en radicaux hydroxyles [5]
et jouant le rôle de catalyseur. Maba (2014) était parvenue à cette même conclusion.
0 20 40 60 80 100 120
8
9
10
39
40
41
42
[BM
] en
mg.
L-1
Temps de traitement en min
[BM]=10 mg.L-1;[H
2O
2]=98 mg.L
-1
[BM]=10 mg.L-1;[H
2O
2]=196 mg.L
-1
[BM]=10 mg.L-1;[H
2O
2]=294 mg.L
-1
[BM]=20 mg.L-1;[H
2O
2]=98 mg.L
-1
[BM]=20 mg.L-1;[H
2O
2]=196 mg.L
-1
[BM]=20 mg.L-1;[H
2O
2]=294 mg.L
-1
Figure 13 : Evolution du traitement de BM en fonction de [H2O2] pour [BM]=10 mg.L-1 et [BM]=40 mg.L-1.
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L’expérience a été faite en utilisant une concentration fixe d’ions ferreux de 6,53 mg.L-1 et en
faisant varier la quantité de peroxyde d’hydrogène, pour deux solutions distinctes de BM de
concentration 10 mg.L-1 et 40 mg.L-1, à température ambiante et à pH=3. Le ratio R=[𝐻2𝑂2]
[𝐹𝑒2+]
variait donc de 4 à 45 ; la décoloration a été mesurée à λ= 661 nm (figure 16).
Figure 14 : Décoloration du BM en fonction de la variation de [H2O2] pour [BM]=10 mg.L-1 (a) et 40 mg.L-1 (b).
Tableau VI : Rendement de dégradation de BM en fonction de la variation de H2O2 pour 1h de traitement
R=[𝐻2𝑂2]
[𝐹𝑒2+]
[H2O2] en
mg.L-1
Rt en % k
Ordre [BM]= 40
mg.L-1
[BM]= 10
mg.L-1
[BM]= 40
mg.L-1
[BM]= 10
mg.L-1
4 24,5 53,95 95,61 0,0006 0,0451
Ordre II 15 98 97.00 99.01 0,0072 0,0966
30 196 78,86 95,95 0,0018 0,0514
45 294 73,84 93,24 0,0013 0,0288
L’étude cinétique a montré que la réaction était de pseudo-ordre 2, que nous soyons dans le
cas où la concentration en fer était fixe ou dans celui où nous l’avons variée. Il en ressort que
la réaction semble être plus rapide avec un meilleur rendement pour un ratio égal à 15. En
effet, lorsque R=15, nous avons au bout d’1 h de traitement, plus de 90% de décoloration ;
ceci, quelle que soit la concentration en BM. La constante de vitesse apparente est également
plus importante pour ce ratio. Pour des ratios plus importants (R=30 et R=45), nous avons
une baisse de rendement et un ralentissement de la réaction. Ce constat est également fait
lorsque le ratio est inférieur à 15 (R=10 et R=5). Ces résultats confirment ceux de certains
auteurs dans la littérature. Dutta et al. ont montré en 2001 que la décomposition du H2O2,
a b
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catalysé par le fer, conduisant à la formation de radicaux hydroxyles, se déroulait au mieux
lorsque le ratio molaire de Fe2+ : H2O2 était pris égal à 1 :15 pour une solution de pH =3.
Leur étude avait été menée sur l’oxydation chimique du bleu de méthylène en utilisant la
réaction Fenton. Kuo (1992) a montré que lorsque la quantité de H2O2 utilisée était inférieure
à un certain seuil optimum en lien avec la quantité de fer, la décoloration était moins efficace
et dans le cas où le H2O2 était en excès, la valeur de la DCO avait tendance à augmenter. Cela
pourrait expliquer la baisse du rendement de décoloration pour les concentrations en H2O2
supérieure à 98 mg.L-1 et pour la faible concentration de 24,5 mg.L-1. Dans la même lancée,
Dutta et al. (2001) ont mis en exergue l’existence d’une concentration optimale de H2O2. Ils
ont montré que lorsque la concentration de H2O2 était plus faible que la valeur optimale, les
radicaux hydroxyles formés attaquaient de préferrence le noyau benzénique du contaminant
organique présent dans les eaux usées. Par contre, lorsque le H2O2 était en excès, il se mettait
en concurrence avec le substrat en se combinant aux radicaux hydroxyles pour produire du
HO2●, radical moins puissant que le OH●. Ce radical moins puissant est responsable du
ralentissement de la réaction et de la baisse du rendement.
Avec [Fe] variable
Nous avons déterminé l’influence de la concentration en fer sur la réaction. Pour ce faire, la
quantité de H2O2 a été fixée à une valeur unique ([H2O2]= 98 mg.L-1) tandis que la
concentration en fer a été variée de 3,27 mg.L-1 à 19,6 mg.L-1. Nous avons fait varier le ratio
R entre 5 et 30 puisque les résultats obtenus plus haut nous donnaient un optimum R égal à
15. L’expérience a été menée à température ambiante sur une solution de BM de
concentration 40 mg.L-1 dont le pH a été ajusté à 3. La décoloration a été mesurée à λ égale
661 nm.
Figure 15 : Décoloration du BM en fonction [Fe2+]
R
[H2O2]
mg.L-1
[Fe2+]
mg.L-1
Rt
% k
30
98
3,27 94.2 0,027
15 6,53 98,1 0,035
10 9,8 95.2 0,038
5 19,6 94.8 0,031
0 0 1,2 -
Tableau VII : Rendement Rt de la réaction et vitesse
apparente pour 2 h de traitement pour [Fe2+] variable
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Lorsque [Fe2+] est variée pour [H2O2] constante, la constante de vitesse k et le rendement Rt
gardent pendant 2 h de traitement le même ordre de grandeur quelque soit R. Ceci traduit le
pouvoir catalytique du fer. En absence de fer, le rendement Rt est faible ce qui confirme le
résultat sur l’influence du H2O2 seul sur la réaction Fenton. Dans les conditions supposées
optimum (R=15), le temps de traitement du BM était de 1 h avec 97,52% de décoloration.
Pour R=15, le suivi de décoloration a été fait pendant 3 jours car ce ratio avait été ciblé
comme ratio optimum. Cela n’a pas été le cas pour les autres ratios dont le suivi c’est limité à
2 h. Le rendement de décoloration au bout des 3 jours était de 99,97%.
1.9. Evolution de la dégradation de BM par suivi spectrométrique à λ=291 nm
L’évolution du spectre du bleu de méthylène au cours du traitement nous avait permis de
conclure que le suivi de la concentration en BM à λ=291 nm nous donnait l’évolution de la
dégradation de la molécule puisqu’on assistait à une modification du spectre. Les résultats sur
l’effet de la concentration en peroxyde d’hydrogène et en fer nous ont permis de cibler des
valeurs optimum pour l’optimisation du traitement du BM par procédé Fenton. Elles étaient
de 6,53 mg.L-1 pour [Fe2+] et 98 mg.L-1 pour [H2O2] avec [BM]= 40 mg.L-1. Nous avons donc
utilisé ces valeurs optimum pour effectuer l’analyse de la dégradation du BM, en suivant au
cours du traitement, l’évolution de [BM] à la longueur d’onde λ=291 nm. La figure 16 et le
tableau VIII regroupent les résultats obtenus.
Figure 16 : Evolution de la dégradation du BM
La figure 16 nous montre que la dégradation n’est pas totale au bout de 3 jours avec encore
près de 30% de molécule non dégradée. Cette minéralisation se fait de manière plus
importante durant les premières minutes du traitement. Ensuite, nous constatons un
ralentissement pouvant être due à la faible oxydation des produits de réactions ou au
développement de réactions parallèles. Ramirez et al. (2007) avaient atteint des taux de
Temps de traitement
(min)
Rdt % de
dégradation
k
20 30.75
0.0003
40 39.66
60 40.80
120 45.69
1440 49.15
4320 67.13
Tableau VIII : Rendement Rt de dégradation
du BM en fonction du temps de traitement
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dégradation de 95% du colorant Orange II par Fenton hétérogène utilisant comme catalyseur
carbone-Fe. Ils étaient parvenus à des résultats semblables aux nôtres pour ce qui était de la
rapidité de la dégradation durant les premières minutes du traitement.
2. Utilisation de la latérite
L’analyse spectrale du BM nous a conduit, pour le traitement par la latérite, à utiliser les
longueurs d’onde 661 nm et 291 nm comme pour le traitement en utilisant le fer industriel.
2.1. Influence du pH sur le traitement du BM en utilisant le fer de la latérite
Les analyses effectuées sur une solution de 40 mg.L-1 de BM ont montré que pour le
traitement de ce dernier en utilisant la latérite, le pH optimum se situait autour de 3 pour
λ=661 nm. Ces résultats confirment ceux de Karale et al. (2013) et Manu et al. (2011).
2.2. Effet du type d’acide utilisé pour l’attaque acide sur la décoloration du BM
Nous avons comparé l’efficacité de trois acides (H2SO4, HCl et HNO3) pris séparément ainsi
que de leur mélange pour l’extraction du fer contenu dans la latérite. La concentration de la
solution de BM utilisée était de 40 mg.L-1 et celle de H2O2 a été maintenue à 98 mg.L-1.
Type d’attaque Rt % en 2h
Mél. Triacide 93.13
HCl 31.75
H2SO4 69.25
HNO3 58.08
Tableau IX : Rendement en fonction du type
d’attaque acide en 2h
LL AA
Figure 18 : Décoloration du BM pour différentes attaques
acides de la latérite de Dano
Figure 17: Influence du pH sur le traitement en utilisant comme catalyseur le fer de la latérite
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Le rendement des réactions nous montre que la latérite attaquée par le mélange triacide est la
plus efficace pour la décoloration du BM. En effet, en 2 h de traitement, nous observons une
décoloration de plus de 90% contre moins de 70% pour la latérite attaquée par un seul type
d’acide. Claisse (1968) dans son article sur l’étude expérimentale aux trois acides, a résumé
les travaux de Harrison en 1924. Ce dernier avait conclu que le réactif triacide décomposait
complètement les latérites provenant des terres de Guyane. Il a montré que ce procédé était
plus efficace pour la mise en solution des éléments contenus dans le sol. Claisse est parvenu
à la même conclusion sur du quartz.
2.3. Effet de la lumière et de l’agitation sur le traitement du BM
L’étude a été menée sur six solutions de BM à traiter de concentration 20 mg.L-1 à
pH=3. Elles contenaient, en plus du BM, soit un surnageant de solution de latérite attaquée
par un mélange triacide, soit un lit de latérite. Les solutions de BM, contenant les lits de
latérite, n’ont pas été agitées contrairement à celles des attaques acides dont certaines ont été
agitées et d’autres non. L’influence de la lumière a été déterminée. La figure 18 traduit les
résultats de l’expérimentation.
Figure 19 : Influence de l’agitation et de la lumière sur le traitement du BM.
Ces résultats nous montrent que pour le lit de latérite, une meilleure décoloration de la
molécule de BM est obtenue lorsque le mélange BM + réactif de Fenton est placé à
l’obscurité sans agitation. Il en est de même pour le traitement du BM par le fer provenant du
surnageant issu de l’attaque triacide. L’agitation pourrait remettre en solution le BM qui a
tendance à former des boues au fond du réacteur durant la réaction. Les images 5 et 6 dans la
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partie iconographie montrent la formation de flocs et de boues au fond de l’erlenmeyer durant
le traitement par attaque acide à la lumière. Pour la suite des travaux, les solutions à traiter
ont toutes été placées à l’obscurité et sans agitation.
2.4. Evolution temporelle du traitement du BM par la latérite en fonction du temps
de contact
Nous avons déterminé dans un premier temps, l’effet sur le traitement du BM, du temps de
contact (tc) entre l’acide et la latérite ainsi qu’entre l’eau distillée et la latérite. Ce temps de
contact correspond au temps laissé à l’acide pour agir sur la latérite (attaque acide [AA]) ou à
l’eau distillée pour extraire le fer de la latérite (lit de latérite [LL]) ; ce, bien avant que le
mélange ne soit fait avec le BM pour le traitement. Nous avons ainsi laissé en contact
pendant 1 h, 24 h et 72 h l’acide et la latérite ainsi que l’eau distillée et la latérite. Après ce
temps de contact, le traitement du BM a été effectué en utilisant soit le surnageant d’AA ou le
LL. La figure 20 regroupe les résultats obtenus. Le temps de traitement était de 30 min pour
le lit de latérite et de 1 h pour l’attaque acide pour un temps de contact de 24 h.
Figure 20 : Effet du temps de contact de l’attaque acide et de l’eau milli-Q sur la latérite avant traitement
Nous avons remarqué une meilleure décoloration pour un temps de contact de 24h avant
traitement avec la latérite. Pourtant, notre hypothèse de départ était que la quantité de fer
extraite en solution augmentait avec le temps de contact. Nous estimions qu’après 72 h de
contact avec la latérite, le fer libéré en solution serait plus important qu’après 1 h et 24 h de
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contact. Nous pensions donc que le rendement de décoloration serait meilleur pour tc=72 h.
Les résultats que nous avons obtenus tendaient à réfuter cette hypothèse. Pour les
comprendre, nous avons déterminé par spectrophotométrie d’absorption atomique, la quantité
de fer libéré en solution en 1 h, 24 h et 72 h pour le lit de latérite et l’attaque acide.
Figure 21 : Concentration en fer contenu dans un surnageant de latérite après un temps de contact
La figure 21 nous montre que le maximum de fer est libéré après 24 h de contact avec la
latérite. Au bout d’1 h de contact, il n’y a quasiment pas de fer libéré en solution pour le lit de
latérite contrairement à l’attaque acide qui libère en 1 h près de 50 mg.L-1 de fer. Après 24 h
de réaction, nous remarquons une baisse de la concentration en fer dans les deux cas de
figure ; ce qui peut s’expliquer par une précipitation du fer après 24 h de contact. Cette
hypothèse pourrait être vérifiée par mesure du pH de la solution dans laquelle est libéré le fer
au cours du temps. Aussi, la chromatographie ionique de la solution pourrait être effectuée
pour mieux cerner l’évolution des ions fer en solution après différents temps de contact. Le
résultat traduit par la figure 20 explique le fait que le traitement ait été meilleur après un
temps de contact de 24 h. Pour la suite des travaux, nous avons donc opté pour le traitement
du BM après ce temps de contact de 24 h entre la latérite et la solution nécessaire à
l’extraction (acide ou eau).
2.5. Evolution temporelle de la quantité de fer restant en solution après traitement
du BM par la latérite
Nous nous sommes intéressée à la quantité de fer restant en solution après le traitement du
bleu de méthylène ; ce, pour déterminer la quantité de fer susceptible d’avoir été utilisée au
cours du traitement par procédé Fenton. Une solution de BM de concentration 40 mg.L-1 est
t=1h t=24h t=72h
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
[Fe
] en
mg
.L-1
Temps de contact lit de latérite en heures
quantité de fer libéré en solution
AA LL
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mise en présence de peroxyde d’hydrogène de concentration 98 mg.L-1 et d’un lit de latérite
en contact avec la latérite depuis 24 h. Une autre solution de même concentration en BM et
en peroxyde d’hydrogène H2O2 est mise en présence du surnageant de l’attaque acide. La
figure 22 montre l’évolution de la quantité de fer restant en solution après différents temps de
traitement.
Figure 22 : Evolution temporelle de la quantité de fer restant en solution après traitement par AA (a) et LL (b)
Nous remarquons que durant le traitement du BM, la concentration en fer dans la solution
décroît au fil du temps. Cela suppose que le fer est utilisé dans la réaction. Pour le LL, nous
remarquons que malgré une faible concentration initiale en fer (2 mg.L-1), la décoloration se
fait sans impacter fortement cette concentration initiale (concentration de fer après 3 jours de
traitement=0,35 mg/L). Ceci montre la régénération d’une certaine quantité de fer dans la
solution au cours du traitement par la latérite. Pour l’attaque acide, la décoloration du BM
suit la diminution du fer en solution. Cela montre que c’est bien le fer contenu dans le
surnageant de la solution d’attaque acide qui est utilisé lors du traitement. Le fer n’est pas
régénéré en solution car comme le montre les travaux de Kuo en 1992, en présence de fer en
excès, les ions ferriques générés sont susceptibles de former des complexes avec une forte
tendance à la polymérisation et à la précipitation. Des auteurs comme Karale et al., 2013,
Nogueira et al., 2008, Khataee et Pakdehi. 2014 ont montré que le fer issu de la latérite
pouvait être utilisé dans le procédé Fenton dans l’optique de traiter la pollution.
a b
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2.6. Etude cinétique du traitement de BM
2.6.1. Cinétique de dégradation du BM en utilisant la longueur d’onde 291 nm
Nous avons observé la dégradation du BM en suivant par lecture spectrométrique à la
longueur d’onde 291 nm, la décroissance temporelle de la concentration en BM. La mesure
du COT à différents pas de temps nous a permis de conclure à une dégradation effective de la
molécule de BM. Par ailleurs, nous avons pu déterminer en comparant les rendements de
COT et de BM que la longueur d’onde 291 nm semblait être utilisée de la même manière que
le COT pour suivre la dégradation de la molécule de BM. La figure 24 et le tableau X
regroupent les résultats obtenus.
Figure 23: Evolution de la concentration de BM au cours du traitement par lecture spectrométrique à 291 nm et
en fonction de [COT] pour LL et AA
La courbe d’évolution de la concentration de BM lue à la longueur d’onde 291 nm suit la
même allure que la courbe d’évolution du COT de la solution de BM traitée en utilisant la
latérite. Les rendements correspondants à chaque courbe sont consignés dans les tableaux X.
Tableau X : Rendement de diminution du COT au cours du traitement du BM en utilisant la latérite
Méthode d’extraction de fer Temps de traitement k
1 h 24 h 72 h
LL COT 38,95 68,37 77,91 0,0006
λ=291 nm 30,15 60,5 77,82 0,0002
AA COT 30,81 57,03 68,25 0,0004
λ=291 nm 36,31 58,09 69,48 0,0002
La diminution du COT du BM traitée est sensiblement égale à la diminution de la
concentration de BM lue à la longueur d’onde 291 nm. En effet, les rendements sont
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sensiblement les mêmes pour un même temps de traitement et pour le même type de procédé
d’extraction. Aussi, les auteurs s’accordent-ils dans la considération du COT comme étant le
paramètre pouvant prédire une dégradation de la molécule d’un polluant en général et du BM
en particulier [5,17]. Nous pouvons par conséquent conclure que la baisse de la concentration
en BM, obtenue par lecture spectrométrique à la longueur d’onde 291 nm, pourrait traduire la
dégradation de la molécule de BM comme nous l’avions supposé au départ. La molécule de
BM a subit une dégradation de 77,91% lorsque la source de fer était un lit de latérite et de
68,25% lorsque la source de fer était de la latérite attaquée par trois acides. Au regard de ce
qui précède, le lit de latérite semble plus efficace que l’attaque acide aussi bien pour la
décoloration que pour la dégradation du BM. Cela pourrait s’expliquer par la régénération du
fer au niveau du lit de latérite tout le long du traitement ou par le phénomène d’adsorption du
Bleu de méthylène au niveau des pores de la latérite.
2.6.2. Cinétique de la décoloration du BM en utilisant le recyclage de l’attaque
acide et du lit de latérite
Nous avons déterminé l’effet du recyclage sur la latérite ayant déjà été utilisée pour une
décoloration du BM par procédé Fenton. Après un premier traitement, deux recyclages
successifs de latérite ont été réalisés. La figure 24 et le tableau XI illustrent les résultats
obtenus.
Tableau XI : Rendement du traitement du BM en utilisant l’attaque acide (AA) ou le lit de latérite (LL)
Figure 24 : Evolution de la décoloration de BM par traitement utilisant le recyclage latérite pour LL (a) et AA (b)
Attaque acide Lit de latérite
Rt de traitement en % K Rt de traitement en % k
72 h 24 h 1h 30 min 72 h 24 h 1h 30 min
Traitement 1 98,53 95.597 87,67 72,11 0,0004 99,99 98,47 97,33 97,00 0,0172
1er recyclage 97,95 94.716 71,52 65,653 0,0003 99,84 94,60 94,25 92,60 0,0074
2e recyclage 97,36 93,835 64,185 57,727 0,0002 99,61 89,24 88,49 87,22 0,0035
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La cinétique de la réaction reste de pseudo-second ordre même avec une latérite recyclée à
deux reprises. Mais la constante de vitesse k décroît ce qui dénote un ralentissement de la
vitesse de décoloration du BM. La capacité du LL à fournir suffisamment d’ions fer pour le
procédé Fenton diminue donc au fil des recyclages. Pour ce qui est de l’attaque acide, nous
remarquons que les constantes k ont le même ordre de grandeur quel que soit le stade de
recyclage. Les rendements de décoloration varient peu d’un recyclage à l’autre quel que soit
la source de fer (AA ou LL) ; ce, principalement après 72 h de traitement. Nous pouvons
donc conclure que le recyclage n’impacte que faiblement la capacité de la latérite à fournir du
fer. Ramirez et al. (2007) sont parvenus à des résultats similaires avec une baisse de 1,5% du
rendement par recyclage.
Nous avons analysé également l’influence du recyclage sur les cycles de benzène par lecture
à λ=291 nm des concentrations pendant le traitement avec la latérite recyclée.
Tableau XII: Rendement de dégradation du BM avec latérite traitée et attaquée par l’acide.
Rendement en % traitement par
LL après
Rendement en % traitement par AA
après
30
min
1 h 24 h 72h 30 min 1 h 24 h 72h
Traitement 19,2 30,15 60,5 77,82 25,94 36,31 58,09 69,48
Recyclage1 18,4 26,35 49,75 73,15 22,28 22,28 54,02 57,68
Recyclage2 12,7 23,50 31,44 38,15 25,23 25,13 57,47 57,47
Le tableau XI nous montre que la minéralisation est affectée par le recyclage entraînant une
diminution de la performance de la latérite comme catalyseur de réaction. Ramirez et al.
(2007) avaient évoqué la perte en fer au niveau du support comme explication à la diminution
de la performance du catalyseur carbone-Fe au bout de 3 recyclages utilisés dans la
dégradation du colorant Orange II. Ils ont évalué cette perte à 8% pour chaque cycle.
2.7. Autres méthodes d’extraction du fer dans la latérite
Nous avons observé plus haut que le lit de latérite semble être la méthode la plus efficace
pour l’extraction du fer contenu dans la latérite, en comparaison avec l’attaque acide. Nous
nous sommes alors demandés comment évoluerait le traitement du BM si nous réalisions un
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lit de latérite attaquée à l’acide (LLA) dont la latérite resterait en contact avec le
surnageant tout le long du traitement. L’analyse s’est focalisée sur la décoloration du BM.
Les résultats que nous avons obtenus sont illustrés par la figure 25 et le tableau XIII.
Figure 25 : Evolution de la décoloration en utilisant le LLA et le SLL
Nous avons obtenu de meilleurs rendements de décoloration en utilisant le lit de latérite
attaqué par de l’acide dans le traitement du BM qu’en utilisant le lit de latérite simple ou le
surnageant d’attaque acide (99,99% en 24 h pour LLA). Ce qui confirme le fait que la latérite
en contact avec la solution de BM continue de fournir du fer.
3. Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le fer industriel et la
latérite
La figure 26 à la suite du tableau WIV, est une superposition des résultats obtenus pour la
décoloration d’une solution de 40 mg.L-1 de BM en présence de 98 mg.L-1 de H2O2 avec ajout
du fer issu de la latérite ou t de fer industriel de concentration [Fe2+] égale à 6,53 mg.L-1.
Tableau XIV: Récapitulatif de quelques rendements et temps de traitement de chaque traitement
Rt (%)
LL
Rt (%)
LLA
t=30min 97,00 98,69
t=1h 97,33 98,95
t=24h 99,97 99,97
Méthode d’extraction
du Fe Temps de
décoloration
Rt de décoloration en%
Rt de dégradation en %
en 30 min
en 120 min
en 3 jours
En 60 min
en 1440 min
en 3 jours
LL 30 min 97,01 98,47 99,99 30,15 60.5 77.82
LLA 20 min 98,69 99,23 99,99 - - -
Fer industriel 40 min 87,5 98,93 99,98 40,86 49.15 67.13
AA 60 min 72,11 90,60 98,53 36,31 58.09 69.48
Tableau XIII: Rendement de
décoloration en utilisant le lit de latérite
attaqué et le surnageant de lit de latérite
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Figure 26 : Comparaison entre les traitements du BM par Fenton utilisant LL, AA ou fer industriel
Le taux de décoloration de la molécule de BM est plus important lorsqu’on utilise un lit de
latérite même si tous les rendements de décoloration ont le même ordre de grandeur après 2 h
de traitement. Cela peut s’expliquer par le fait qu’avec le lit de latérite, deux phénomènes de
décoloration sont susceptibles d’intervenir à savoir l’adsorption du colorant par la latérite et
le procédé Fenton homogène. Bennani et al., en 2010 dans leur étude, ont montré que le
processus d’adsorption sur l’argile brute du BM est très rapide pendant les 10 premières
minutes de traitement, évolue lentement puis se stabilise au bout de la 40e min. Ils ont obtenu
comme résultats que 95% de la quantité adsorbée a été atteinte pendant les dix premières
minutes. La cinétique qui décrivait au mieux l’adsorption était le pseudo-ordre 2. Compte
tenu de la concentration en fer qui différait selon que l’on utilise le fer industriel ou la latérite,
l’éventuelle efficacité du procédé Fenton en utilisant la latérite par rapport à celui utilisant le
fer industriel doit être nuancée. Afin de tirer de meilleures conclusions, une étude plus
poussée serait recommandée, en se basant sur la quantité et le type de fer en solution.
Les taux de dégradation de la molécule de BM restent sensiblement les mêmes quel que soit
le type de traitement ce qui montre effectivement que la latérite peut être utilisée en
substitution du fer industriel.
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CONCLUSION
Les procédés Fenton s’avèrent être parmi les technologies les plus prometteuses et efficaces
en matière de traitement de la pollution organique bio récalcitrante malgré leur coût
relativement élevé. Afin de réduire les coûts liés à ce procédé, nous avons utilisé la latérite
locale de Dano comme catalyseur en remplacement du fer industriel. Ce travail de recherche
s’est ainsi attelé à étudier la dégradation du bleu de méthylène, colorant organique bio-
récalcitrant par procédé Fenton non conventionnel utilisant la latérite. L’analyse de
l’efficacité de ce système a été faite en comparaison avec le procédé Fenton classique
utilisant le fer industriel. Les paramètres opératoires du procédé Fenton classique ont été
optimisés ; sur la base de ceux-ci, il a été développé le procédé utilisant la latérite. Le
mécanisme du procédé Fenton non classique fait intervenir des entités radicalaires provenant
de l’oxydation du H2O2 par le fer contenu dans la latérite et libérée en solution soit par
attaque triacide ou par l’action simple de l’eau milli-Q. Les résultats des analyses ont montré
que la dégradation du bleu de méthylène est obtenue à pH =3 avec un ratio optimal R=[𝐻2𝑂2]
[𝐹𝑒2+]
de 15. La mesure du COT ou celle des absorbances à 291 nm permet de suivre cette
dégradation. Les absorbances à 661 nm ont permis le suivi de la décoloration de la molécule.
Il a été montré que la combinaison de latérite avec le H2O2 pouvait dégrader partiellement en
milieu aqueux, à pH optimum égal à 3, le composé bleu de méthylène avec un rendement
assez important (˃60%) pour un temps de traitement relativement long (3 jours). Pour cette
même durée de traitement, il a été observé une décoloration quasi-totale de la solution de BM
concentrée à 40 mg.L-1. L’efficacité du système dépend d’un certain nombre de paramètres
comme la concentration initiale en H2O2, en fer et en bleu de méthylène ainsi que la source de
fer (attaque acide, lit de latérite simple ou attaquée ou fer industriel). Il a été montré que le lit
de latérite semblait être plus efficace dans le traitement de la coloration que l’attaque acide
simple mais nous avons constaté que le rendement de dégradation du BM était sensiblement
le même quel que soit la source de fer.
L’application d’un tel système oxydant pour l’élimination de colorants présents dans les
effluents d’industries textiles pourrait être envisagée en définissant au préalable les
conditions optimales d’utilisation d’un réacteur ainsi que les coûts réels de fonctionnement.
Le procédé Fenton non conventionnel pourrait être une solution palliative aux problèmes de
pollution dans les pays africains à faible revenu dont la latérite recouvre une bonne partie du
territoire.
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RECOMMANDATIONS
Nous suggérons que des analyses beaucoup plus poussées soient menées sur le lit de latérite
attaquée par l’acide afin de déterminer à la fois la cinétique de dégradation de la molécule de
BM et les quantités de fer libérées au cours du traitement. Une analyse par chromatographie
ionique pourrait également être envisagée pour les solutions de latérites afin de déterminer
avec précision le type d’ions fer (Fe2+ ou Fe3+) libérés en solution, ce pour chaque type
d’extraction et pour nous orienter sur la nature des sous-produits de réaction. Aussi, pour une
comparaison beaucoup plus rigoureuse entre l’efficacité du procédé Fenton classique et celui
non classique, le volume de solution de latérite à introduire pour le traitement devra être
choisi de sorte à avoir la même concentration que le fer industriel utilisé.
Il serait pertinent de poursuivre cette étude en effectuant le traitement en laboratoire d’un
mélange de colorants divers en plus du BM, puisque les effluents industriels regroupent en
général un panel de colorants. D’autres types de polluants récalcitrants peuvent être employés
pour tester l’efficacité du système. Il pourrait également être essentiel de concevoir un
système de traitement à grande échelle qui pourrait être utilisable par des industriels. Pour ce
faire, un pilote pourrait être conçu en laboratoire pour affiner le procédé de traitement en
termes de dosage des différents réactifs.
Pour ce qui est de l’évaluation des coûts de traitement en utilisant la latérite, il conviendrait
de l’évaluer sur un échantillon réel provenant d’une industrie textile et de prendre en compte
le coût du transport de la latérite, le coût de l’énergie et de tous les réactifs utilisés dans le
procédé. En d’autres termes, une étude approfondie se révèle nécessaire pour mieux cerner
les coûts.
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BIBLIOGRAPHIE
Aarfane, A., et al. 2014. « Etude cinétique et thermodynamique de l’adsorption des colorants
Red195 et Bleu de méthylène en milieu aqueux sur les cendres volantes et les mâchefers
(Kinetic and thermodynamic study of the adsorption of Red195 and Methylene blue dyes
on fly ash and bottom ash in aqueous medium) ». J. Mater. Environ. Sci vol. 5 (6): pp.
1927‑1939.
Amit, B., Devi, S. S. et Chakrabarti, T. 2011. « Azo Dyes: Past, Present and the Future ».
Environmental Reviews, pp. 19 350‑370.
Barbeni, M., Minero, C. et Pellzzetti, E. 1987. « Chemical degradation of chlorophenols with
fenton’s reagent (Fe2+ + H2O2) ». Chemosphere vol. 16 (10-12): pp 22255‑2237.
Begum, A., Agnihotri, P., Mahindrakar, A. B. et Gautam, S. K. 2014. « Degradation of
endosulfan and lindane using Fenton’s reagent ». Water Sci. doi:0.1007/s13201-014-
0237-z.
Bennani, A., Mounir, B., Hachka, M., Bakasse et Yaacoubi. A. 2010. « Élimination du colorant
basique “Bleu de Méthylène” en solution aqueuse par l’argile de Safi ». Revue des
sciences de l’eau / Journal of Water Science, N°4, vol. 23: pp. 24.
Boufia, S. 2010. « Dégradation des colorants textiles par procédé d’oxydation avancée basée sur
la réaction de fenton Application à la dépollution des rejets industriels ». Thesis,
Universités Paris-Est et Saâd Dahlab.
Claisse, G. 1968. « etude expérimentale au comportement des trois acides.PDF ». Cah. ORSTOM,
sér. Pédol., vol. 6.
Dutta, K., Mukhopadhyay, S., Bhattacharjee, S., et Chaudhuri B. 2001. « Chemical oxidation of
methylene blue using a Fenton-like reaction ». Journal of Hazardous Materials, no B 84:
pp. 57‑71.
Guittonneau, S., De Laat Dore M., Duguet, J. P. et Honnel, C.. 1988. « Etude de la dégradation
de quelques composés organochlorés volatils par photolyse du peroxyde d’hydrogène en
milieux aqueux ». Revue des sciences de l’eau / Journal of Water Science vol. 1 (1-2): pp.
36‑64.
Guiza, S., et Bagane, M. 2012. « Processus de transport de matière interne au cours de
l’adsorption du bleu de méthylène sur argile naturelle ». Revue de génie industriel vol. 7:
pp.3‑11.
Huchon, R. 2002. « Activité photocatalytique de catalyseurs déposés sur différents supports
(“Médias”) Application à la conception d’un photocatalyseur pilote ». Université
CLAUDE BERNARD - Lyon I.
Dégradation de colorants d’effluents d’industries textiles par procédé Fenton en utilisant de la
latérite : cas du colorant synthétique bleu de méthylène
M. Laure Carolle DA M2 EA Promotion 2014-2015 Juillet 2015 Page 49
Jaggi, N., Giri, M., et Yadav, K. 2010. « Absorption and fluorecence spectra of disperse red 19-
An azo dye ». Indian Journal of Pure and apllied physics Vol.51: pp. 833‑836.
Stellman, J. M., Donagi, A., Aladjem, A. et Chzvartz, M.2002. Encyclopédie de sécurité et santé
au travail. Genève: Bureau International du Travail.
Karale, R., Manu, B. et Shrihari S. 2013. « Catalytic use of laterite iron for degradation of 2-
aminopyridine using advanced oxidation processes ». International Journal of Scientific
& Engineering Research volume 4 (issue 5).
Khataee, A. R., et Pakdehi, S.G. 2014. « Removal of sodium azide from aqueous solution by
Fenton-like process using natural laterite as a heterogeneous catalyst: Kinetic modeling
based on nonlinear regression analysis ». Journal of the Taiwan Institute of Chemical
Engineers Vol 45 (Issue 5): pp 2664‑2672.
Kuo, W. G. 1992. « Decolorozing dye wastewater with fenton’s reagent ». War. Res Vol. 26 (No.
7): pp. 881‑886.
Maba, B. 2014. « Dégradation des effluents textiles (cas d’un colorant synthétique : le bleu de
méthylene) par procédé fenton en utilisant la latérite ». 2iE.
Mansour, H. et al. 2011. « Les colorants textiles sources de contamination: CRIBLAGE de la
toxicité et des méthodes de traitement ». Revue des sciences de l’eau / Journal of Water
Science, numéro 3, vol. 24: pp 209‑238. doi:10.7202/1006453ar.
Manu, B., S. Mahamood, Vittal H, et Shrihari S. 2011. « A novel catalytic route to degrade
paracetamol by Fenton process ». J. Res. Chem. Environ vol. 1 (1): pp. 157‑164.
Navalon, S., M. Alvaro, et H. Garcia. 2010. « Heterogeneous Fenton catalysts based on clays,
silicas and zeolites ». Applied Catalysis B: Environmental., pp. 1‑26.
Nogueira, F.G.E. et al. 2009. « Reactive adsorption of methylene blue on montmorillonite via an
ESI-MS study ». Applied Clay, no 43: pp. 190‑195.
Ramirez, J. H., et al. 2007. « Fenton-like oxidation of Orange II solutions using heterogeneous
catalysts based on saponite clay ». Applied Catalysis B: Environmental., no 71: 44‑56.
Seyyedi, K., et Jahromi, M. A. F. 2014. « Decolorization of Azo Dye C.I. Direct Black 38 by
Photocatalytic Method Using TiO2 and Optimizing of Process ». APCBEE Procedia vol.
10: pp. 115‑119.
Sivakumar, K. K., Balamuruga, C., Ramakrishnan, D. et Leena Hebsi Bh. 2011. « Assessment
studies on wastewater pollution by textile dyeing and bleaching industries at Karur, Tamil
Nadu ». Rasayan journal chemestry vol. 4 (2): pp. 264‑269.
Dégradation de colorants d’effluents d’industries textiles par procédé Fenton en utilisant de la
latérite : cas du colorant synthétique bleu de méthylène
M. Laure Carolle DA M2 EA Promotion 2014-2015 Juillet 2015 Page 50
Tehrani-Bagha, A.R., Mahmoodi, N.M. et Menger, F.M.. 2010. « Degradation of a persistent
organic dye from colored textile wastewater by ozonation ». Desalination vol. 260 (1-3):
pp. 34‑38.
Wang, Q., Tian, S., Long, J., et Ning, P. 2014. « Use of Fe(II)Fe(III)-LDHs prepared by co-
precipitation method in a heterogeneous-Fenton process for degradation of Methylene
Blue ». Catalysis Today vol. 224: pp. 41‑48.
Xu, X-R, Li, H-B, Wang, W-H et J-D Gu. 2004. « Degradation of dyes in aqueous solutions by
the Fenton process ». Chemosphere vol. 57: pp 595‑600.
Zaviska, F., P. Drogui, G. Mercier, et J-F Blais. 2009. « Procédés d’oxydation avancée dans le
traitement des eaux et des effluents industriels: Application à la dégradation des polluants
réfractaires ». Revue des Sciences de l’Eau 22(4) (2009) 535-564 vol. 22: pp. 535‑564.
WEBOGRAPHIE
Boucher, J-M. 2014. « Un textile écolo qui a la fibre verte, c’est quoi au juste ? ». Consulté le 4
juin 2015 ; Disponible http://www.consoglobe.com/textile-ecolo-fibre-verte-cg.
Ecotintes. 2007. « Pourquoi colorants naturels? ». Consulté le 14 avril 2015 ; Disponible sur
http://www.ecotintes.com/fr/book/export/html/58.
IARC. 2010. « IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans ».
Monograph 99. Some Aromatic Amines, Organic Dyes, and Related Exposures. IARC.
Consulté le 4 avril 2015 ; Disponible sur
http://monographs.iarc.fr/ENG/Monographs/vol99/mono99.pdf.
INERIS. 2010. « 2.7 Teinture ». Consulté le 14 avril 2015; Disponible sur
http://www.ineris.fr/ippc/sites/default/interactive/bref_text/breftext/francais/bref/chap_02_
07.htm.
Vuilleumier, J. 2015. « Latérite ». encyclopedia universalis. Consulté le 4 mai 2015 ; Disponible
sur http://www.universalis.fr/encyclopedie/laterite/.
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ANNEXES
Tables des annexes
Annexe 1 : Carte de situation de la ville de Dano .................................................................... II
Annexe 2 : Analyse élémentaire EDS de l’échantillon de latérite de Dano ............................. II
Annexe 3 : analyse quantitative des phases par méthode de Rietveld à partir du diagramme de
diffraction des rayons enregistré sur un échantillon de latérite de Dano ................................ III
Annexe 4: Symboles et unités utilisés ..................................................................................... IV
Annexe 5 : Récapitulatif des produits utilisés .......................................................................... V
Annexe 6 : Inhibition de la réaction par le bisulfite de sodium .............................................. VI
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Annexe 1 : Carte de situation de la ville de Dano
Annexe 2 : Analyse élémentaire EDS de l’échantillon de latérite de Dano
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Annexe 3 : analyse quantitative des phases par méthode de Rietveld à partir du diagramme de
diffraction des rayons enregistré sur un échantillon de latérite de Dano
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Annexe 4: Symboles et unités utilisés
Symbole Signification Unités
Vi Volume initial de solution mL ou L
Vf Volume final de soluion mL ou L
R2 Facteur de corrélation -
λ Longueur d’onde nm
- milli moles mM
- Partie par million ppm
- nanomètre nm
TiO2 Oxyde de titane -
HCl Acide chlorhydrique -
H2SO4 Acide sulfurique -
HNO3 Acide nitrique -
NaOH Soude -
- normalité N
- Moles ou molarité M
- litres L
- Milli litres mL
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Annexe 5 : Récapitulatif des produits utilisés
Produits chimiques/ Source
d’ions ferreux
Fournisseur Qualité/Pureté
bleu de méthylène Fluka pur
Peroxyde d’hydrogène (H2O2) Cooper 3% (m/m)
Acide sulfurique (H2SO4) VWR Prolabo chemicals 95%
Acide chlorhydrique pour
attaque acide de la latérite
(HCl)
Sigma-Aldrich ≥30%
Acide chlorhydrique pour
analyse de COT
Carlo Erba 37%
Acide nitrique (HNO3) Sigma-Aldrich ≥65%
Hydroxyde de sodium (NaOH) Sigma-Aldrich Granulé
Sel de sulfate ferreux
(FeSO4 ;7H2O)
Prolabo RP Normapur AR 99%
Sel de sulfate ferrique
(Fe2(SO4)3,5H2O)
Fluka Chemika 98%
Sulfite de sodium (Na2SO3) BDH Prolabo 97%
Eau milli-Q Q-POD MMillipore 0.055μS/cm
Latérite brute Ville de Dano Granulométrie <63µm
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Annexe 6 : Inhibition de la réaction par le bisulfite de sodium
Les pH élevé entraînent une complexation du fer avec les radicaux hydroxyles ce qui ralentit
le procédé Fenton. Nous avons décidé d’inhiber la réaction en augmentant le pH du mélange
de Fenton grâce à 2 gouttes de base forte NaOH de concentration 10N et en ajoutant du
sulfite de sodium, connu pour son pouvoir inhibiteur. Une solution mère de bisulfite de
sodium Na2SO3 de concentration 0,045mol.L-1 est préparée. Nous avons utilisé 1mL de cette
solution mère pour 25 mL de solution de mélange de Fenton (BM+H2O2+Fer). La figure
suivante illustre l’arrêt de la réaction de décoloration après ajout de sulfite de sodium.
Nous remarquons que l’ajout de bisulfite de sodium permet de stopper la réaction Fenton.
0
10
20
30
40
50
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
Co
nce
ntr
atio
n
Temps
Inhibition de la réaction par ajout de sulfite de sodium et d'hydroxyde de sodium
sans ajout de Na2SO3
ajout Na2SO4+NaOHaprès 5 min
ajout Na2SO4+NaoHaprès 10 min
ajout Na2SO4+NaOHaprès 30 min
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ICONOGRAPHIE Image 1: Spectrophotomètre d’AM Image 2: Latérite de Dano Image3: Poudre de bleu de
méthylène
Image 4 : Effet du mode d’extraction
LL= Lit de latérite
Image 7 : Image d’une solution de bleu de méthylène avant analyse au spectrophotomètre.
(a) concentration initiale de 40 mg.L-1
(b) solution de BM de 40 mg.L-1 décolorée après 3 jours en utilisant le lit de latérite
(c) solution de BM de 40 mg.L-1 décolorée après 3 jours en utilisant le lit de latérite
(a) (b) (c)
Eau
distillée BM
décolorée
LL simple LL attaquée BM dilué à 1/25
Image 6 : Dépôt de boue
au cours du traitement
par la décoloration du BM en 24 h (AA)
Image 5 : décoloration
du BM par Fenton
produisant de flocs (AA)