[PDF] THESE Elimination des métaux lourds et pesticides en solution

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REBUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

UNIVERSITE ABOU BEKR BELKAID ± TLEMCEN

FACULTE DES SCIENCES

DEPARTEMENT DE CHIMIE

Laboratoire de Chimie Inorganique et Environnement

DIPLOME DE DOCTORAT

: Chimie et Environnement

Elimination des métaux lourds et pesticides en

solution aqueuse par des matrices argileuses

Présentée par : Melle Fatima Zohra CHOUMANE

HQ""""GHYDQWOHMXU\FRPSRVpGH:

Présidente Mme MOKHTARI Malika Professeur Université de Tlemcen Examinatrice Mme DJAFRI Fatiha Professeur Université dOran, Es-Sénia Examinateur Mr HAREK Yahia Professeur Université de Tlemcen Examinateur Mr HADDOU Boumediène Professeur, U.S.T.O Invité Mr BOUNAZEF Mokhtar Professeur Université de Sidi Bel Abbès Rapporteur Mr BENGUELLA Belkacem Maître de Conférences Université de Tlemcen Ce travail a été réalisé au sein du Laboratoire de Chimie Inorganique et Environnement

(LCIE) à la faculté des sciences, Université Abou Bakr Belkaid, Tlemcen, sous la direction de

Monsieur le Docteur Belkacem BENGUELLA.

Je tiens à témoigner de ma grande reconnaissance Monsieur Belkacem BENGUELLA maitre de conférences

à ce travail en acceptant de diriger cette thèse tout au long de ces années de recherche. Je veux lui

accordé malgré toutes les difficultés rencontrées. Je souhaite exprimer toute ma gratitude à tous les membres du jury, qui ont accepté de ju laboratoire, Madame Malika MOKHTARI professeur

Tlemcen pour nous avoir honoré de présider le jury de cette thèse, Madame Fatiha DJAFRI

travail.

de Sidi Bel Abbes ; faculté de technologie, département de génie mécanique pour son aide

appréciable dans la partie modélisation, beaucoup de plaisir de travailler avec lui.

¾es, Maroc.

Atomique.

¾ Melle Amel FELLEH pour son aide dans la réalisation des analyses à ALZINC, ELGhazaouet Tlemcen. Egalement, à tous les membres du laboratoire de chimie inorganiques et

environnement (LCIE) et à tous ceux qui ont su y mettre leur part à la réalisation de ce travail.

Saida.

-HGpGLHFHWWH°XYUH A mes chers parents qui m'ont toujours soutenu et encouragé tout au long de mes études. $PHVFKqUHVV°XUV

A mes chers frères,

A la mémoire du Pr. Dr. Yacouta-nour Aicha

inorganiques du plomb (II) et du cadmium (II) en solutions aqueuses synthétiques. La caractérisation physicochimique des trois adsorbants a

montré que ces argiles sont des matériaux silicatés, riche en alumine. La modélisation de la cinétique des polluants étudiés a révélé sa

conformité au modèle cinétique du pseudo deuxième ordre pour les trois types d'argiles étudiées. L'étude thermodynamique a montré que

le processus de rétention des cations métalliques est spontané et exothermique, alors que celle de la rétention des pesticides a révélé que

pWXde de

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sont élevées que celles avec les pesticides.L'effet de quelques paramètres expérimentaux comme le pH, la température et la vitesse

argiles utilisées, les résultats des tests nous ont permis de choisir la bentonite comme le matériau qui présente une capacité élevée pour

Mots-clés : pesticides, métaux, argiles, bentonite, adsorption, cinétique, modélisation et optimisation.

Abstract

The objective of this work is the study of the performance of three Algerian clays in the rough; the bentonite of Maghnia, the kaolin of Mila

and the clay Djebel Debbagh of Guelma in the elimination of organic pollutants (an insecticide, a herbicide, a fungicide) and inorganic some

lead (II) and cadmium (II) in synthetic aqueous solutions. The physico-chemical characterization of three adsorbants showed that these clays

are silicated materials, rich in alumina. The modelling of the kinetics of studied pollutants revealed its conformity with the kinetic model of

the pseudo second order for three types of studied clays. The thermodynamics study showed that the process of retention of the metallic

cations is spontaneous and exothermic, while that of the retention of pesticides revealed that this process is not spontaneous, exothermic and

that no crucial change is made on the structure of clays. The study of the adsorption of the metallic cations and the pesticides by studied clays

showed that the lead (II) and the herbicide have more affinity for the studied supports than the other organic and inorganic pollutants.

On the other hand, the capacities of adsorption of the metallic ions are raised that those with pesticides. The effects of some experimental

parameters such as pH, temperature and seed agitation were studied, by applying a design experiment. This plan of factorial experiment allows to show the influence of every parameter independently and their dependences. The obtained results show that the best rate of

adsorption of herbicide by the bentonite requires a low pH ( pH=2 ), a temperature of 20°C and an average speed agitation of 400 rpm. The

studies on the adsorption of pesticides and metallic ions showed that it is mainly influenced by the physico-chemical properties of used clays,

the results of the tests allowed us to choose the bentonite as the material which presents a capacity raised for the adsorption. pesticides, metals, clays, bentonite, adsorption, kinetics, Modelling and optimisation.

INTRODUCTION GENERALE

1

PREMIERE PARTIE

CHAPITRE I: Synthèse Bibliographique

I. ARGILES

3

I.1. Structure des argiles

3

I.2. Classification des minéraux argileux

4

I.3. Propriétés des minéraux argileux

5 5 6

I.3.3. La Surface spécifique

6

I.3.4. La densité de charge spécifique

7

II. BENTONITE

7

II.1. Minéralogie de la bentonite

7 II.2. Caractère cristallographique de la Montmorillonite 8

II.3. Propriétés des bentonites

9 9 9 10

III. KAOLIN

10

III.1. Caractère cristallographique du kaolin

10 11

IV. Eléments traces métalliques

12

IV.1. Origine

12

IV.1.1. Le fond géochimique

13

IV.1.2. Les apports atmosphériques

13 14 IV.2. Distribution des Eléments Traces Métalliques 15

IV.2.1. Spéciation des métaux

15 IV.2.2. Mobilité et biodisponibilité des éléments traces 15

IV.3. Principaux métau étudiés

16

IV.3.1. Le Cadmium

16

IV.3.2. Le Plomb

18 IV.4. Propriétés chimiques du Cadmium (II) et du Plomb (II) 19

V. Pesticides

20

V.1. Classification des pesticides

21

V.2. Toxicité des pesticides

23
23

V.3.1. Rétention

23

V.3.2. Dégradation

23

V.3.3. Transport

24
V.4. Réglementation des résidus des pesticides 24
V.4.1. Réglementation selon le Codex Alimentarius 25

V.4.2. Réglementation Européenne

26
V.1.1. Etablissement des limites maximales pour les résidus de pesticides 27

V.6. Rétention des pesticides par les argiles

27

VI. Adsorption

29
29

V.1.1. Adsorption physique ou Physisorption

29

V.1.2. Adsorption chimique ou Chimisorption

30

VI.2. Applications

30

VI.3. Les principaux adsorbants

30
31

VI.5. Rôle des paramètres physico-chimiques

32

VI.5.1. Le pH

32

VI.5.2. La température

32
32
33
33
34
36
VI.8.1. Réactions cations ± sites acides en bordure des feuillets 36
36
CHAPITRE II: Matériels et méthodes analytiques

I. Matériaux étudiés

50
II. Situation géographique des matériaux étudiés 50

II.1. Bentonite de Maghnia

50

II.2. Kaolin de Tamazert

51

II.3. Argile Djebel Debbagh

51

III. Caractérisation des argiles

52

III.1. Analyse minéralogique (DRX)

52
III.2. Analyse par spectrométrie de fluorescence X 53
III.3. Analyse granulométrique par sédimentation 53
III.4. La spectroscopie Infrarouge à transformée de fourier (IRTF) 54

III.5. La surface spécifique

55
57
58
59

IV.1. Spectroscopie UV-Visible

59
61

Références bibliographiques

64

DEUXIEME PARTIE

CHAPITRE III: Résultats et discussions

I. Caractérisation et analyses

66

I.1. Analyse par Fluorescence X

66

I.2. Analyse minéralogique (DRX)

67

I.3. Analyse granulométrique

70
I.4. La Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) 71

I.5. Analyse thermogravimétrique

74

I.6. La surface spécifique

75
76
78

II.1. Choix des métaux à étudier

78
80
II.3. Evolution du pH des solutions métalliques en présence des argiles étudiées 82

II. 4. Validation des modèles cinétiques

84
88

III. 1. Effet du pH

88

III. 2. Effet de la température

92
94
des ions métalliques par les différentes argiles 98
102

IV.1.1. Insecticide

103

IV.1.2. fongicide

103

IV.1.3. Herbicide

104
107
IV.3. Evolution du pH en présence des argiles étudiées 109
116

IV.4.1. Influence du pH

116
118

IV.4.3. Influence de la température

120

IV.4.4.Approche thermodynamique

122

Références bibliographiques

128
CHAPITRE IV: Modélisation et optimisation par des plans d'expériencesquotesdbs_dbs22.pdfusesText_28

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