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Quels sont les défauts de formation des argiles ?

En effet, les conditions de formation des argiles sont souvent issues de la dégradation des roches silicatés ce qui justifie de nombreux défauts de la structure cristalline. Les substitutions non isomorphiques sont compensées par des ions qui viennent se placer en positions interfoliaires.

Quels sont les usages de l’argile ?

L’argile est utilisée depuis des millénaires, que ce soit pour se soigner, en bain de boue, comme soin de la peau, mais aussi pendant la momification à l’époque des pharaons ! Ses utilisations comme ses propriétés sont extrêmement nombreuses. Il existe différents types d’argiles que l’on distingue par leur couleur.

Quelle est la différence entre les argiles perméables et les formations poreuses ?

Cette différence de potentiel est pratiquement constante dans les argiles non perméables, tandis que dans les formations poreuses perméables, susceptibles de renfermer des hydrocarbures, les mesures diffèrent ; la différence, mesurée à partir de la lecture au droit des argiles, dépend du rapport de la [...]

Quel est le pouvoir couvrant des argiles ?

Un peu comme le fait un aimant, c’est pour les argiles une propriété essentielle ( appelée CEC ou Capacité d’Echange Cationique ) qui leur permet de fixer les molécules, les gaz. Le pouvoir couvrant est un phénomène physique directement issu de la structure intrinsèque des argiles.

THESE EN COTUTELLE

Présentée par

ABIDI Nejib

Pour obtenir le grade de

DOCTEUR

Spécialité : Gochimie de lÓEnvironnement

Soutenance, le 01 avril 2015

Composition du jury :

Malika AYADI-TRABELSI Faculté des Sciences de Bizerte Directeur de thèse Joëlle DUPLAY EOST Strasbourg Directeur de thèse Fadhila DARRAGI Faculté des Sciences de Tunis Rapporteur externe Patrick ROUSSEAUX Université de Poitiers Rapporteur externe

Amane JADA IS2M Mulhouse Examinateur

Younes KADRI Faculté des Sciences de Tunis Examinateur Gerhard SCHÄFER EOST Strasbourg Examinateur Interactions argiles naturelles-effluents teinturiers-Influence des proprits de surface des argiles et mcanismes dÓadsorption des colorants

Dédicaces

A mon pŽre

A ma mŽre

A mes frŽres et ma sÎur

A tous ceux qui me sont chers

Remerciements

LL Je commence par remercier DIEU dÓavoir eu la bont de mÓentourer de personnes formidables qui ont, chacune à leur façon, et ce, à différentes étapes de mon cheminement, contribué dÓune maniŽre ou dÓune autre à la réalisation de cette thèse de doctorat.

Les travaux présentés dans ce manuscrit ont été réalisés grâce à une

collaboration entre le Laboratoire dÓHydrologie et de Gochimie de Strasbourg le laboratoire dÓApplication de la Chimie aux Ressources et Substances Naturelles et ‡ lÓEnvironnement (LACReSNE) sous la direction de Malika TRABELSI-AYADI, Professeur à la Faculté des Sciences de Bizerte.

Je tiens à

leur adresser mes vifs remerciements pour mÓavoir accueilli au sein de leur quipe et dÓavoir bien voulu diriger ma thèse. Elles mÓont constamment clair de leurs connaissances. Je tiens à leur adresser toute ma gratitude, pour leur disponibilité à mon gard et pour la confiance quÓelles mÓont tmoigne en me donnant une libert dÓaction dans la ralisation de mon travail de recherche. JÓai pu apprécier pendant ma thèse leurs grandes qualités scientifiques, humaines et culturelles. Je tiens à exprimer ma sincère gratitude à madame Dalila Ben Hassen Chehimie, Professeur à la Faculté des Sciences de Bizerte et directrice du Laboratoire dÓApplication de la Chimie aux Ressources et Substances Naturelles et ‡ lÓEnvironnement (LACReSNE), pour son aide, ses conseils et ses qualités humaines. Je suis honoré que Madame Fadhila DARRAGI, Professeur ‡ lÓuniversit de Tunis El Manar, et Monsieur Patrick ROUSSEAUX, Professeur ‡ lÓuniversit

Remerciements

LLL Younes KADRI, Professeur ‡ lÓUniversité de Tunis El Manar, et Gerhard SCHÄFER, Professeur ‡ lÓUniversit de Strasbourg, Monsieur Amane JADA chargée de recherches ‡ lÓInstitut de Sciences des Matériaux de Mulhouse, aient accepté de juger ces travaux de recherche. Je les remercie sincèrement de Mes sincères remerciements vont également à Emna ERRAIS, assistante à la Professeur à la Faculté des Sciences de Bizerte et à Fadhila AYARI, Maitre- assistante ‡ lÓInstitut prparatoire aux tudes d'ingnieur de Bizerte, pour leur aide et leurs conseils tout au long de ce travail. JÓadresse mes plus vifs remerciements ‡ Monsieur Amane Jada chargé de recherches à lÓInstitut de Sciences des Matériaux de Mulhouse (IS2M), pour sa précieuse aide et sa grande disponibilité tout au long de ce travail. Je tiens à remercier particulièrement Amélie Aubert, Fabienne Huber, Jean-Luc Cézard, Sophie Gangloff, Colin Fourtet, Raymonde Baltenweck- Guyot, pour leur précieuse aide et leur grande disponibilité. Je voudrais également remercier toute l'équipe du Laboratoire dÓHydrologie et de Gochimie de Strasbourg et du laboratoire dÓApplication de la Chimie aux Ressources et Substances Naturelles et ‡ lÓEnvironnement. Mes derniers remerciements sÓadressent ‡ mes chers parents, ‡ mes frŽres, ‡ ma sÍur, ‡ toute ma famille et ‡ tous mes amis pour leurs encouragements qui ont constitué une aide précieuse.

Tables des matières

Introduction générale ................................................................................................. 1

Partie I : Etude bibliographique

Chapitre I : Généralités sur les pollutions aqueuses et leur traitement

I.1. Evaluation de la pollution ...................................................................................... 6

I.2. Les effluents textiles ............................................................................................................ 9

I.3. Généralités sur les colorants .............................................................................................. 13

I.3.1. Définition ........................................................................................................................ 13

I.3.2. Classifications des colorants ........................................................................................... 13

I.3.2.1. Classification chimique ................................................................................................ 14

I.3.2.2.Classification tinctoriale ............................................................................................... 15

I.4. Toxicité de certains colorants synthétiques ....................................................................... 17

I.5. Nécessité de traiter les effluents textiles ............................................................................ 18

I.5.1. Pourquoi les rejets textiles sont dangereux ? .................................................................. 18

I.5.1.1.Les dangers évidents ..................................................................................................... 18

I.5.1.2. Les dangers à long terme ............................................................................................. 19

I.5.2.Actions curatives : Traitements des colorants ................................................................. 19

Chapitre II : Généralités sur les argiles

I. Les argiles ............................................................................................................................. 23

I.1. Définition et origine ........................................................................................................... 23

I.2.Structure et classification des minéraux argileux ............................................................... 23

I.2.1. Structure des minéraux argileux ..................................................................................... 23

I.2.2. Classification des minéraux argileux .............................................................................. 25

I.2.2.1. les minéraux phylliteux ................................................................................................ 26

I.2.2.2. les minéraux fibreux..................................................................................................... 29

I.2.2.3. les minéraux interstratifiés ........................................................................................... 29

I.2.3. Propriétés des minéraux argileux .................................................................................... 30

I.2.3.1. Surface spécifique ....................................................................................................... 31

Tables des matières

I.2.3.2. Hydratation .................................................................................................................. 32

I.2.3.3. Propriétés colloïdales -charges de surface ................................................................... 33

I.2.3.3.1. Notion de couche diffuse ......................................................................................... 35

I.2.3.3.2. Concept de potentiel Zêta ........................................................................................ 39

I.2.3.3.3. Notion de la mobilité éléctrophorétique .................................................................. 40

I.2.3.4. Capacit dÓchange cationique CEC ........................................................................... 41

I.2.3.5. Comportement thermique des argiles ......................................................................... 43

I.2.4. Description de quelques minéraux argileux .................................................................... 44

Chapitre III : Phénomène d'adsorption

I. Dfinition de lÓadsorptionÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈ . 47

II. Description du mécanisme d'adsorption .............................................................................. 48

III. Facteurs influenOEant lÓquilibre dÓadsorption .................................................................... 49

III.1. Nature de lÓadsorbant ...................................................................................................... 49

III.2. Influence de lÓadsorbat .................................................................................................... 50

III.3. Dimension des pores ....................................................................................................... 50

III.4. Surface spécifique ........................................................................................................... 50

III.5. Influence de la Température ............................................................................................ 50

III.6. Influence du pH ............................................................................................................... 50

IV. Principaux types d'isotherme d'adsorption ......................................................................... 51

V. ModŽles dÓisothermes.......................................................................................................... 52

V.1. Isotherme de Langmuir .................................................................................................... 52

V.2. Isotherme de Frundlich :................................................................................................... 53

V.3. Isotherme de Dubinin-Radushkevich (D-R)..................................................................... 54

V.4. Isotherme de Harkins-Jura................................................................................................ 55

V.5. Isotherme de Halsey ......................................................................................................... 55

VI. Cintique dÓadsorption ....................................................................................................... 56

VI.1. Modèle de la cinétique du pseudo premier ordre ............................................................ 56

VI.2. Modèle de la cinétique du pseudo second ordre ............................................................. 56

VI.3. Modèle de la diffusion intra particule ............................................................................. 57

VI.3.a. Coefficient de diffusion ................................................................................................ 57

VI.3.b. ModŽle dÓElovich ......................................................................................................... 58

Tables des matières

VII. Etude thermodynamique ................................................................................................... 58

Partie II : Matériels et Méthodes

Chapitre IV : Méthodes de caractérisation

I. Méthodes de caractérisation des adsorbants ......................................................................... 61

I.1.Granulométrie laser ............................................................................................................. 61

I.1.1 Principe et but .................................................................................................................. 61

I.1.2. Mode opératoire .............................................................................................................. 61

I.2. La diffraction des rayons X................................................................................................ 62

I.3. Analyses chimiques ........................................................................................................... 64

I.3.1. Spectrométrie de fluorescence X (FX) ........................................................................... 65

I.3.2. Spectroscopie dÓmission en torche ‡ plasma (ICP) ....................................................... 66

I.3.2.1. Principe ........................................................................................................................ 66

I.3.2.2. Préparation des échantillons ........................................................................................ 66

I.4. Spectroscopie infrarouge (IR) ............................................................................................ 67

I.4.1. Principe ........................................................................................................................... 67

I.4.2. Mode opératoire .............................................................................................................. 67

I.5. Capacit dÓchange cationique (CEC) ............................................................................... 68

I.5.1. Définition ........................................................................................................................ 68

I.5.2. Mesure de la CEC par la méthode de Mantin ................................................................. 68

I.6. La surface spécifique ......................................................................................................... 69

I.6.1. Mesures de la surface spécifique par la méthode au bleu de méthylène ( BM) ............. 69

I.6.2. Mesures de la surface spécifique par la méthode (BET) ................................................ 70

I.7. Mesure du potentiel zêta par zétamétrie ............................................................................ 71

I.8. Mesure de charges de bords des argiles par titrage potentiométrique ............................... 72

I.9. Mesure du potentiel dÓcoulement ..................................................................................... 75

I.9.1. Principe de la mesure ...................................................................................................... 75

I.9.2. Principe de lÓappareil : Mutek PCD03 ............................................................................ 76

II. Méthode de dosage des colorants en solution-des effluents ............................................... 76

Tables des matières

LL

II.1. Analyses des effluents ...................................................................................................... 76

II.2. Quantification des colorants avant et après adsorption .................................................... 76

II.3. Principe Spectométrie UV visible .................................................................................... 76

III. Méthodologies des experiences dÓadsorption et de dsorption .......................................... 77

III.1. Expériences de type "batch » .......................................................................................... 78

III.2. Influence de la concentration initiale de la solution ........................................................ 79

III.3. Influence du pH ............................................................................................................... 79

III.4. Influence de la température ............................................................................................. 80

III.5. Influence du temps de contact ......................................................................................... 80

III.6.Influence de la concentration de sel ajouté ...................................................................... 80

III.7.Influence des additifs ....................................................................................................... 80

Chapitre V : Matériels

I. Adsorbants ............................................................................................................................ 81

I.1. Analyse granulométrique ................................................................................................... 82

I.2. Analyse minéralogique ...................................................................................................... 83

I.3. Composition chimique ....................................................................................................... 83

I.4. Caractérisation des argiles par spectroscopie infrarouge (Fouchana, Tabarka et

Grombalia) ............................................................................................................................... 84

I.5. Capacit dÓchange cationique (CEC) ............................................................................... 85

I.6. Surface spécifique (Ss) ...................................................................................................... 85

I.7. Le sable de Fontainebleau .................................................................................................. 86

II. Les effluents de teintureries en Tunisie ............................................................................... 86

III. Les colorants ...................................................................................................................... 87

IV. Les additifs ......................................................................................................................... 90

Tables des matières

LLL

Partie III : Résultats et discussions

Chapitre VI : Décoloration des effluents totaux par les argiles de Fouchana et de Tabarka

I. PrlŽvement et conservation des chantillons de lÓeffluent teinturier .................................. 92

II. Présentation des travaux-Résultats-Discusion ..................................................................... 92

III. Conclusion ........................................................................................................................ 101

Chapitre VII : Adsorption-désorption du colorant RR 120 par lÓargile de Fouchana Înaturelle et de Fouchana modifiée organophile

I. SynthŽse de lÓargile organophile ......................................................................................... 102

I.1. Échange sodique .............................................................................................................. 102

I.2. Échange par HDTMA ...................................................................................................... 104

I.2.1.Généralités sur les différentes familles de tensioactifs ................................................. 104

I.2.2. Tensioactifs cationiques ................................................................................................ 104

I.2.3.Mode opratoire delÓchange par HDTMA ................................................................... 104

II. Résultats............................................................................................................................. 106

III.Conclusions ....................................................................................................................... 122

Chapitre VIII : Adsorption - désorption des colorants RR 120 et DB 291 sur les diffrents types dÓargiles naturelles, argiles standards et le sable

I. Adsorption des colorants RR 120 et DB 291 sur les argiles sans ajout dÓadditifs .............. 125

I.1. Influence de la concentration du colorant sur lÓadsorption par les argiles de Tabarka,

Grombalia, Fouchana et la Palygorskite................................................................................. 125

I.2. Influence de la concentration du colorant sur lÓadsorption par les argiles de Tabarka, et la

Kaolinite KGa-2 ..................................................................................................................... 127

I.3. Influence du temps de contact et de la force ionique sur lÓadsorption par les argiles de

Tabarka, Grombalia, Fouchana et la palygorskite .................................................................. 129

Tables des matières

L- I.4. Influence du temps de contact et de la force ionique sur lÓadsorption du colorant RR 120

par KGa-2 ............................................................................................................................... 133

I.5.Influence du pH sur lÓadsorption par les argiles de Tabarka, Grombalia, Fouchana et la

palygorskite ............................................................................................................................ 135

I.6. Influence du pH sur lÓadsorption du colorant RR 120 par KGa-2 ................................... 138

I.7. Influence de la temprature sur lÓadsorption par les argiles de Tabarka, Grombalia,

Fouchana et la palygorskite .................................................................................................... 139

I.8. Modlisation des isothermes dÓadsorption ....................................................................... 146

I.9. Cintiques dÓadsorption ................................................................................................... 149

II. Adsorption des colorants RR 120 et DB 291 sur les argiles en prsence dÓadditifs ......... 150

II.1. Isothermes dÓadsorption du colorant RR120 sur les differentes types dÓargiles en

prsence de lÓadditif CHT Catalase ........................................................................................ 157

II.2. Experiences dÓadsorption des colorants RR 120 et DB 291 sur le sableÈÈÈÈÈÈ.159

III. Experiences de désorption des colorants RR 120 et DB 291 sur les argiles de Fouchana et

Tabarka et le sableÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈ. 161

IV. Analyse moléculaire du surnageant après adsorption du colorant RR 120 sur la kaolinite

standard KGa-2È .................................................................................................................. 163

V. Conclusion ......................................................................................................................... 164

VI. Publication dans "Journal of Colloid Science and Biotechnology » ............................... 165

Chapitre IX : Caractrisation du processus dÓadsorption du colorant RR

120 sur les argiles en prsence dÓadditifs

I. Variation de la mobilité électrophorétique des argiles avant et après adsorption en fonction

du pH ...................................................................................................................................... 179

II. Titrage potentiométrique ................................................................................................... 186

II.1. Effet des ions indifférents (NaCl) sur la variation de charge de surface en fonction du pH

................................................................................................................................................ 186

II.2. Points de charge nulle apparents..................................................................................... 187

III. Potentiel dÓcoulement des particules du colorants RR 120 et de lÓadditif CHT Catalase

................................................................................................................................................ 190

IV. Analyse par spectroscopie infrarouge de lÓargile Fouchana avant et aprŽs adsorption de

RR 120 avec et sans additifs. ................................................................................................. 192

Tables des matières

V. Processus dÓadsorption ...................................................................................................... 205

Conclusion gnraleÈÈ ....................................................................................................... 213

Bibliographies ........................................................................................................................ 218

Annexes .................................................................................................................................. 234

Liste des figures

-L

Figure 1 : Eléments structuraux: les tétraèdres et les octaèdres (Caillère et al., 1989) ............ 24

Figure 2 : Agencement des Tétraèdres et des Octaèdres (Caillère et al., 1989) ....................... 24

Figure 3: Projection dÓune couche octadrique idale dÓun minral de type 1/1 montrant la

position des atomes dÓoxygŽne et des groupements hydroxyles des différents sites octaédriques

(Drists et Tchoubar, 1990) ....................................................................................................... 26

Figure 4 : Schma dÓune spiolite ............................................................................................ 29

Figure 5 : Exemples de structures interstratifiées .................................................................... 29

Figure 6 : Structure et texture des argiles (Elsass, 2005) ......................................................... 30

Figure 7 : Variation du rapport surface/volume en fonction du diamètre des particules (Velde,

1995) ......................................................................................................................................... 31

Figure 8 : Localisation de lÓeau dans les particules argileuses (Nadeau et Patent, 1985), (a)

molcules dÓeau adsorbes sur la surface dÓargile, (b) molcules dÓeau associes avec les cations

dans lÓespace interfoliaire, (c) eau cristalline sous forme dÓhydroxyle qui par dshydroxylation

forme des molcules dÓeau. ...................................................................................................... 33

Figure 9 : Influence du pH du milieu sur la capacit dÓchange des minraux argileux ......... 34

Figure 10 : Charge de surface des minéraux argileux (Schroeder, 2002). ............................... 34

Figure 11 : Modèle de Gouy-Chapman (Steinberg et al., 1979) .............................................. 37

Figure 12 : Modèle de Stern (Steinberg et al., 1979) ............................................................... 38

Figure 13 : Modèle triple couche (Steinberg et al., 1979) ........................................................ 39

Figure 14 : Structure de la kaolinite (Phan, 1974) ................................................................... 44

Figure 15 : Structure de lÓillite (Grim, 1968) ........................................................................... 45

Figure 16 : Structure dÓune smectite (Grim, 1968) .................................................................. 46

Figure 17 : Modèle structural des chlorites (Grim, 1968) ........................................................ 46

Figure 18 : Domaines dÓexistence dÓun solut lors de lÓadsorption sur un matriau microporeux

(Adamson et Bowden, 1978) .................................................................................................... 49

Figure 19 : Principaux types d'isotherme d'adsorption (Sposito, 1984). .................................. 51

Figure 20 : Exemple d'un spectre en énergie du rayonnement fluorescent d'un échantillon. .. 65

Figure 21 : Formule chimique du bleu de méthylène BM (Kipling et Wilson, 1960). ............ 69

Figure 22 : Schma de principe de la spectroscopie dÓabsorption UV-visible ........................ 77

Figure 23 : Catre de localisation des argiles utilisées dans cette étude .................................... 82

Figure 24 a: Structure de colorant RR 120 ............................................................................... 87

Figure 24 b: Structure de colorant RR 84 ................................................................................ 88

Liste des figures

-LL

Figure 24 c: Structure de colorant RB 160 ............................................................................... 88

Figure 24 a: Structure de colorant DB 291 .............................................................................. 89

Figure 25 : Structure dÓhexadecyl triméthylammonium de bromure CH3 (CH2)15N+

(CH3)3Br ................................................................................................................................ .105

Figure 26 : Schéma représentant le processus d'échange cationique entre les cations alcalins

(Na+) et les ions alkylammoniums ......................................................................................... 106

Figure 27 : Quantités de colorant adsorbé (qe) par les argiles de Fouchana, Tabarka, Grombalia

et la palygorskite, en fonction de la concentration initiale de colorant RR 120 (Ce) ............ 126

Figure 28 : Quantités de colorant adsorbé (qe) par les argiles de Fouchana et Tabarka en

fonction de la concentration initiale de colorant DB 291 (Ce)............................................... 126

Figure 29 : Quantités de colorant adsorbé (qe) par les argiles de Tabarka et KGa-2, en

fonction de la concentration initiale de colorant RR120 (Ce) ................................................ 128

Figure 30a : Influence du temps et de la force ionique sur lÓadsorption du colorant RR120 par

lÓargile de Grombalia ............................................................................................................. 130

Figure 30b : Influence du temps et de la force ionique sur lÓadsorption du colorant RR120 par

lÓargile de Tabarka. ................................................................................................................ 130

Figure 30c : Influence du temps et de la force ionique sur lÓadsorption du colorant RR120 par

lÓargile de Fouchana ............................................................................................................... 131

Figure 30d : Influence du temps et de la force ionique sur lÓadsorption du colorant RR120 par

la palygorskite ........................................................................................................................ 131

Figure 30e : Influence du temps et de la force ionique sur lÓadsorption du colorant DB 291 par

lÓargile de Tabarka. ................................................................................................................ 131

Figure 30f : Influence du temps et de la force ionique sur lÓadsorption du colorant DB 291 parquotesdbs_dbs27.pdfusesText_33

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Quels sont les défauts de formation des argiles ?

Quels sont les usages de l’argile ?

Quelle est la différence entre les argiles perméables et les formations poreuses ?

Quel est le pouvoir couvrant des argiles ?

THESE EN COTUTELLE

Présentée par

ABIDI Nejib

Pour obtenir le grade de

DOCTEUR

Soutenance, le 01 avril 2015

Composition du jury :

Amane JADA IS2M Mulhouse Examinateur

Dédicaces

A mon pŽre

A ma mŽre

A mes frŽres et ma sÎur

A tous ceux qui me sont chers

Remerciements

Je tiens à

Remerciements

Tables des matières

Partie I : Etude bibliographique

Tables des matières

Chapitre III : Phénomène d'adsorption

Tables des matières

Partie II : Matériels et Méthodes

Chapitre IV : Méthodes de caractérisation

Tables des matières

LL

Chapitre V : Matériels

Tables des matières

LLL

Partie III : Résultats et discussions

Tables des matières

120 sur les argiles en prsence dÓadditifs

Tables des matières

Liste des figures

1995) ......................................................................................................................................... 31

Liste des figures

LL

LLL

120 sur les argiles en prsence dÓadditifs