dégradation des effluents textiles (cas d’un colorant

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Institut International d’Ingénierie Rue de la Science - 01 BP 594 - Ouagadougou 01 - BURKINA FASO Tél. : (+226) 50. 49. 28. 00 - Fax : (+226) 50. 49. 28. 01 - Mail : [email protected] - www.2ie-edu.org DEGRADATION DES EFFLUENTS TEXTILES (CAS D’UN COLORANT SYNTHETIQUE : LE BLEU DE METHYLENE) PAR PROCEDE FENTON EN UTILISANT LA LATERITE MEMOIRE POUR L’OBTENTION DU MASTER II OPTION : .EAU ET ASSAINISSEMENT Présenté et soutenu publiquement le 25 Juin 2014 par : Brigitte MABA Travaux dirigés par : Dr. Hela KAROUI Dr. Yohan RICHARDSON Jury d’évaluation du stage : Président : Igor OUEDRAGO Membres et correcteurs: Franck LALANNE Odilon CHANGOTADE Promotion [2013/2014]

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Page 1: Dégradation des effluents textiles (cas d’un colorant

Institut International drsquoIngeacutenierie Rue de la Science - 01 BP 594 - Ouagadougou 01 - BURKINA FASO Teacutel (+226) 50 49 28 00 - Fax (+226) 50 49 28 01 - Mail 2ie2ie-eduorg - www2ie-eduorg

DEGRADATION DES EFFLUENTS TEXTILES (CAS DrsquoUN

COLORANT SYNTHETIQUE LE BLEU DE METHYLENE)

PAR PROCEDE FENTON EN UTILISANT LA LATERITE

MEMOIRE POUR LrsquoOBTENTION DU

MASTER II

OPTION EAU ET ASSAINISSEMENT

Preacutesenteacute et soutenu publiquement le 25 Juin 2014 par

Brigitte MABA

Travaux dirigeacutes par

Dr Hela KAROUI

Dr Yohan RICHARDSON

Jury drsquoeacutevaluation du stage

Preacutesident Igor OUEDRAGO

Membres et correcteurs

Franck LALANNE

Odilon CHANGOTADE

Promotion [20132014]

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page i

DEDICACE

Ce travail est deacutedieacute agrave

Aux meacutemoires de mon eacutepoux Mr ZOUTENE Mahouli et mon grand-pegravere Mr TIRTOUA

Pierre

Mes tregraves chers parents en teacutemoignage de lrsquoamour du respect et la gratitude que je leur porte

qursquoils trouvent ici le fruit de leurs encouragements et sacrifices

Mes fregraveres Eric Francis et Julien

Mes sœurs Victorine et Elodie

Ma grande megravere

Mes oncles et mes tantes

Mes enseignants

Mes amis (es)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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RESUME

Les effluents industriels issus des activiteacutes textiles preacutesentent souvent une grande charge

polluante difficilement biodeacutegradable qui a des impacts sur lrsquoenvironnement et lrsquoHomme Leur

deacutecontamination par les proceacutedeacutes conventionnels biologiques ou physiques srsquoavegravere souvent

inefficace et neacutecessite par conseacutequent le recours agrave des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee (POA) plus

couteux Le proceacutedeacute fenton est un POA qui permet la deacutegradation (mineacuteralisation) en milieux

aqueux des polluants organiques bio-reacutecalcitrants Dans ce travail nous avons eacutetudieacute la

deacutegradation du colorant bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute fenton Lrsquoutilisation du fer

industriel (proceacutedeacute Fenton classique) a eacuteteacute utiliseacutee comme reacutefeacuterence et des essais de substitution

du fer industriel par le fer extrait de lateacuterites provenant de deux reacutegions du Burkina-Faso ont eacuteteacute

reacutealiseacutes Lrsquoextraction du fer de la lateacuterite a eacuteteacute reacutealiseacutee par une attaque acide avec trois types

drsquoacide lrsquoacide chlorhydrique (HCl) lrsquoacide sulfurique (H2SO4) et lrsquoacide nitrique (HNO3)

Pour le fer industriel plusieurs paramegravetres expeacuterimentaux comme le pH le rapport (R) des

concentrations en peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) et en fer (Fe2+

) (R=

) ont eacuteteacute eacutetudieacutes La

deacutegradation la plus rapide est obtenue agrave un pH = 3 et pour un rapport de concentration R= 5 pour

le fer industriel Pour le fer lateacuteritique la deacutegradation la plus rapide est observeacutee en utilisant

lacide sulfurique Les taux de deacutegradation obtenus sont de 957 au bout de 20 min pour le fer

industriel et de 999 pour le fer extrait de la lateacuterite au bout de 40 mn Lrsquoeacutetude cineacutetique a

montreacute que la reacuteaction de deacutegradation du BM est de pseudo ordre un (1) aussi bien lors de

lrsquoutilisation du fer industriel que du fer extrait de la lateacuterite Lutilisation de la lateacuterite comme une

source de fer largement disponible semble une strateacutegie prometteuse pour limiter les impacts

environnementaux et diminuer le coucirct du proceacutedeacute Fenton (utilisation de mateacuteriaux locaux) le

rendant ainsi plus accessible aux pays en deacuteveloppement

Mots cleacutes Bleu de meacutethylegravene deacutegradation proceacutedeacute fenton lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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ABSTRAT

Industrial effluents from textile activities often have a poorly biodegradable pollutant content

which impacts on the environment and humans Decontamination by conventional biological or

physical processes is often ineffective and therefore requires the use of advanced oxidation

processes (AOPs) more expensive The Fenton process is a POA that allows complete

degradation (mineralization) in aqueous media of bio-reluctant organic pollutants This work

explores the degradation of methylene blue dye (BM) by fenton process The use of industrial

iron (conventional Fenton process) was used as a reference and tests of substitution of industrial

iron by the iron extracted from laterites coming from two areas in Burkina-Faso were performed

The extraction of iron from laterite was performed by acid attack with three types of acid acid

chlorydric (HCl) acid sulphuric (H2SO4) and acid nitric (HNO3) For industrial iron several

experimental parameters such as pH the concentration ratio of H2O2 and iron R (R=

) were

studied The fastest degradation is obtained at pH 3 and for a ratio R = concentration R =5 for

industrial iron For laterite-derive iron the fastest degradation is observed by using the sulphuric

acid Degradation rates of 957 after 20 min and 999 after 40 min were obtained for

industrial iron and iron extracted from laterite respectively Kinetics study demonstrated that the

BM degradation is a pseudo first order reaction in relation to BM concentration for both

industrial iron and laterite-derived iron The use of widely available laterite as an iron source is

promising to both limit the environmental impacts and improve the cost efficiency of the Fenton

process resulting in a greater affordability in developing countries

Keywords Methylene blue degradation Fentonrsquos reagent laterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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REMERCIEMENT

Le travail de recherches qui fait lrsquoobjet de meacutemoire a eacuteteacute reacutealiseacute au Laboratoire Eau Deacutepollution

Ecosystegraveme et Santeacute (LEDES) de 2IE Jrsquoexprime ma profonde gratitude au Directeur de recherche

le Professeur Hamma YACOUBA et au Directeur du LEDES le Docteur Yacouba KONATE pour

mrsquoavoir accueillie au sein de leurs eacutequipes Je tiens agrave remercier toute lrsquoeacutequipe du laboratoire pour

leur disponibiliteacute leur conseil et la confiance qursquoelle mrsquoa teacutemoigneacute en me donnant une liberteacute

drsquoaction dans la reacutealisation de ce travail en particulier Mr HEMA Sohamai

Jrsquoadresse mes vifs remerciements agrave mes deux encadreurs Dr Hela HAROUI et Dr Yohan

RICHARDSON pour avoir suivi ce travail avec un grand inteacuterecirct Ils ont su me donner un esprit

critique un esprit de discernement une rigueur lors de la reacutealisation des essais et analyses au

laboratoire et de ma reacutedaction Leurs attentions inlassables et leurs enthousiasmes de chercheurs

ont instaureacute une ambiance propice au travail et mrsquoont donneacute gout agrave la recherche Qursquoils soient

assureacutes de ma profonde gratitude

Pour finir crsquoest avec beaucoup de plaisir que jrsquoexprime ma sympathie agrave mes camarades de classe

pour leur bonne humeur leur collaboration leur soutien amical et chaleureux

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Table de matiegravere

DEDICACE i

RESUME ii

ABSTRAT iii

REMERCIEMENT iv

TABLE DE MATIERE v

LISTE DES FIGURES vii

LISTE DES TABLEAUX viii

LISTE DES ABREVIATIONS ix

INTRODUCTION GENERALE 1

CHAPITRE I REVUE BIBLIOGRAPHIQUE 4

I- LES COLORANTS (Caracteacuteristiques classification et toxiciteacute) 4

1- Historique des colorants 4

2- Deacutefinition des colorants 4

3- Classification des colorants syntheacutetiques 4

4- Les colorants aziniques (thiazines) 5

5- Toxiciteacute des colorants 5

6- Proprieacuteteacutes physico-chimiques du bleu de meacutethylegravene 5

II- TRAITEMENT DES REJETS TEXTILES 6

1- Geacuteneacuteraliteacutes sur les meacutethodes de traitements 6

A- Meacutethodes biologiques 7

B- Meacutethodes physiques 7

B1- Coagulation-floculation 8

B2- Filtration membranaire 8

B3- Adsorption sur charbon actif et autres mateacuteriaux 8

C- Meacutethodes chimique 9

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation Avanceacutee

(POA) 9

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

) 11

III- LA LATERITE 12

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE 14

I- PRODUITS ET MATERIELS 14

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite) 14

2- Mateacuteriels utiliseacutes 14

II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE 18

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene 18

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible 18

3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM 19

4- Preacuteparation des solutions de fer 20

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton 21

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM 22

CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS 24

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL 24

1- Effet de pH du milieu 24

2- Effet de la concentration en BM 25

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene 26

4- Effet de la concentration du H2O2 27

5- Effet de la concentration en fer 30

II- UTILISATION DE LATERITE 32

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri) 32

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri) 33

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et Koubri) 34

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri) 35

5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer de la lateacuterite

(Dano et Koubri) 36

CONCLUSION 38

PERSPECTIVES 39

REFERENCE BIBLIOGRAPHIQUE - 40 -

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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LISTE DES FIGURES

Figure 1 Bleu de meacutethylegravene et sa structure chimique 6

Figure 2 Forme incolore du bleu de meacutethylegravene 6

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA) 9

Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI) 13

Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM 15

Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano 17

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri 17

Figure 10 Lit de lateacuterite 21

Figure 11 Attaque acide de la lateacuterite 21

Figure 12 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel 21

Figure 13 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite 22

Figure 14 Reacuteaction de pseudo ordre 1 23

Figure 15 Reacuteaction de pseudo ordre 2 23

Figure 16 Effet du pH 24

Figure 17Effet de la concentration du BM 25

Figure 18 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel 26

Figure 20 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2 28

Figure 21 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM 30

Figure 22 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le fer

industriel 31

Figure 23 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri) 33

Figure 24 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri 33

Figure 25 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri 34

Figure 26 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le fer

extrait de la lateacuterite 35

Figure 27 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel 36

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique 10

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes 14

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 16

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

17

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene 19

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm) 20

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t =

20 min) 24

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM 25

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM 26

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2 29

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence

de la variation du H2O2 29

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du

BM en fonction du rapport R 31

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite 33

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri 34

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du

BM en fonction des attaques acides (Dano et Koubri) 35

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LISTE DES ABREVIATIONS

A Absorbance de la lumiegravere (nm)

BM Bleu de meacutethylegravene

C Concentration massique ou molaire en soluteacute (mg L-1

ou Mmol L-1

)

C0 Concentration initiale du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

CA Code Article

CCI Chambre de Commerce et drsquoIndustrie

DBO Demande Biologique en Oxygegravene

DCO Demande Chimique en Oxygegravene

ENH Electrode Normal agrave Hydrogegravene

e- Electron

Fe2+

Fer ferreux

Fe3+

Fer ferrique

H2O2 peroxyde drsquohydrogegravene

H2SO4 Acide sulfurique

HCl Acide chlorhydrique

HNO3 Acide nitrique

I Intensiteacute lumineuse traverseacutee

I0 Intensiteacute initiale lumineuse

kapp constante de vitesse apparente

LEDES Laboratoire Eau Deacutepollution Ecosystegraveme et Santeacute

mL Milli litre

min Minute

nm Nanomegravetre

MΩ Meacutega ohm

OHbull Radicaux hydroxyles

POA Proceacutedeacute drsquoOxydation Avanceacutee

V Vitesse cineacutetique de deacutegradation

UV Ultra-violet

microScm Micro-siemens par cm

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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λ Longueur drsquoonde (nm)

α Ordre partiel

τ Rendement ou taux de deacutegradation ()

td Temps de deacutecoloration (min)

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INTRODUCTION GENERALE

Quel que soit le deacuteveloppement de la socieacuteteacute lrsquoeau reste un facteur primordial dans toutes les

couches socio-eacuteconomiques Malheureusement lrsquoeau douce disponible pour les humains et

aussi pour le reste de lrsquoeacutecosystegraveme repreacutesente moins de 1 du volume total drsquoeau sur terre et

la qualiteacute de la partie disponible et potentiellement utilisable par lrsquohomme nrsquoest que de 01

et nrsquoa cesseacute de se deacutegrader et parfois dlsquoune maniegravere irreacuteversible Selon lrsquoONG Water Aiumld 34

millions de personnes au Burkina-Faso nrsquoont pas accegraves agrave lrsquoeau potable

Lrsquoindustrie du textile est lrsquoune des industries la plus consommatrice drsquoeau (par exemple pour

teindre quelques 30 milliards de kilo de tissusan il faut consommer 4 milliards de tonnes

drsquoeauan) et geacutenegravere des rejets constitueacutes de moleacutecules organiques reacutecalcitrantes preacutesentant

geacuteneacuteralement des problegravemes de couleur de concentrations eacuteleveacutees de DBO de DCO de

matiegraveres en suspension ainsi que de toxiciteacute et de conductiviteacute eacuteleveacutees Selon la Banque

mondiale lrsquoindustrie textile est responsable de 17 agrave 20 de la pollution de leau dans le

monde En 2009 les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels La production mondiale des colorants est estimeacutee agrave plus de 800000

tonnesan (Mansour et al 2010) Drsquoapregraves la Chambre de Commerce et drsquoIndustrie du Burkina

(CCI) la quantiteacute de colorants importeacutee au Burkina-Faso est de 79 tonnes en 2012

Ces colorants dans lrsquoensemble sont toxiques de par leur composition et leurs modes

drsquoutilisation Ils sont susceptibles drsquoinduire chez lrsquoHomme des dermatoses voire des cancers

de la peau tant pour les personnes travaillant agrave la teinture des fibres textiles que via la

transpiration pour les personnes portant les vecirctements De plus les effluents non traiteacutes de ces

colorants sont responsable apregraves rejets de la deacutegradation de lrsquoenvironnement (des eaux de

surface et souterraines des sols voire de la veacutegeacutetation) Pour remeacutedier agrave tous ces impacts

neacutegatifs un traitement par deacutecoloration de ces effluents srsquoimpose avant tout rejet dans

lrsquoenvironnement

La deacutecoloration des rejets de lrsquoindustrie textile est souvent difficile car les colorants

organiques ne sont pas deacutegradeacutes par voies conventionnels En effet ces produits sont stables

aux agents oxydants aux rayonnements et reacutesistent fortement agrave la digestion aeacuterobie Pour cela

plusieurs types de traitement ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes et testeacutes notamment lrsquoosmose inverse la

preacutecipitationcoagulation des matiegraveres colorantes lrsquoadsorption sur charbon actif la filtration

membranaire (Barclay and Buckley2000) Cependant ces proceacutedeacutes classiques de traitement

ne reacutepondent pas agrave cette attente car ils sont pour la plupart non destructifs et tregraves couteux

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour reacutepondre agrave cette faille de nouveaux proceacutedeacutes ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes dont les proceacutedeacutes

drsquooxydation avanceacute (POA) qui sont des proceacutedeacutes de traitement oxydatif subdiviseacutes en quatre

groupes(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon

puisse utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et son

potentiel normal drsquooxydoreacuteduction est de 28VENH (Parsons 2004)

Le proceacutedeacute fenton un des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee est une technologie eacuteprouveacutee et

efficace pour la destruction drsquoun grand nombre de polluant organique Cette technique

consiste agrave initier des reacuteactions de deacutecomposition du peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) par des

sels meacutetalliques en vue de geacuteneacuterer des espegraveces radicalaires (OHbull HO2

bull etc) tregraves reacuteactives

Son inconveacutenient majeur est qursquoil neacutecessite une grande quantiteacute de produits chimiques en

phase homogegravene tels que le fer (Fe2+

) qui geacutenegravere un cout suppleacutementaire et conduit agrave la

geacuteneacuteration de grandes quantiteacutes de boues ou agrave la formation de deacuteriveacutes pour le traitement

Lrsquoobjectif de cet meacutemoire est drsquoeacutetudier la deacutegradation du bleu de meacutethylegravene modegravele de

colorant syntheacutetique textile par le proceacutedeacute fenton en remplaccedilant le fer industriel (Fe3+

Fe2+

)

par le fer extrait de la lateacuterite locale en vue de reacuteduire le cout des traitements des effluents

textiles Si cette expeacuterience au laboratoire donne des reacutesultats satisfaisants elle pourrait ecirctre

extrapoleacutee agrave grande eacutechelle et ecirctre une des solutions pour le traitement de rejets textiles par

des mateacuteriaux locaux en Afrique puisque la lateacuterite recouvre environ 33 de continent

africain et est tregraves abondante au Burkina-Faso

Apregraves une introduction geacuteneacuterale ce meacutemoire sera structureacute en trois (03) chapitres

Le premier chapitre sera consacreacute agrave une eacutetude bibliographique sur les colorants les

meacutethodes de traitements des effluents textiles et la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Le second chapitre abordera la partie mateacuterielles et meacutethodes Nous deacutecrirons les

protocoles expeacuterimentaux le mateacuteriel et les reacuteactifs employeacutes ainsi que les meacutethodes

expeacuterimentales utiliseacutees

Le troisiegraveme chapitre est consacreacute aux reacutesultats obtenus accompagneacutes drsquoune

discussion afin de comparer nos reacutesultats aux autres eacutetudes faites sur la deacutegradation du

bleu de meacutethylegravene (BM) par drsquoautres mateacuteriaux

Une conclusion geacuteneacuterale ainsi que quelques perspectives seront preacutesenteacutees en fin du

document

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE I REVUE BIBLIOGRAPHIQUE

I- LES COLORANTS (Caracteacuteristiques classification et toxiciteacute)

1- Historique des colorants

Depuis le deacutebut de lrsquohumaniteacute les colorants appliqueacutes dans pratiquement toutes les activiteacutes

humaines (peinture teinture du papier de la peau et des vecirctements) eacutetaient drsquoorigines naturelles

et veacutegeacutetales Ces colorants sont tous des composeacutes aromatiques qui proviennent essentiellement

des plantes tel que lrsquoalizarine et lrsquoindigo Lrsquoindustrie des colorants syntheacutetiques est neacutee en 1856

quand le chimiste anglais W H Perkin dans une tentative de synthegravese de la quinine artificielle

pour soigner la malaria a obtenu la premiegravere matiegravere colorante syntheacutetique qursquoil appela

mauve (aniline colorant basique) Apregraves la deacutecouverte de la mauve de nouveaux colorants

ont commenceacute agrave paraitre sur le marcheacute (Jaussaud 1993)

Au deacutebut du 20egraveme

siegravecle les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels Selon Mansour et al (2010) la production mondiale des colorants est

estimeacutee agrave plus de 800000 tonnesan

2- Deacutefinition des colorants

Un colorant est une substance coloreacutee qui interagit avec le milieu dans lequel elle est introduite

et le colore en srsquoy dissolvant etou dispersant lui confeacuterant la proprieacuteteacute de teindre Cette

proprieacuteteacute reacutesulte drsquoune affiniteacute particuliegravere entre le colorant et la fibre Selon le type

drsquoapplication et drsquoutilisation les colorants syntheacutetiques doivent reacutepondre agrave un certain nombre

de critegraveres afin de prolonger la dureacutee de vie des produits coloreacutes sur lesquels ils sont appliqueacutes

Ces critegraveres sont la reacutesistance agrave lrsquoabrasion la stabiliteacute photolytique des couleurs la reacutesistance

agrave lrsquooxydation chimique (notamment les deacutetergents) et aux attaques microbiennes(Pagga and

Brown 1986) et (Zawlotzki Guivarch 2004)

3- Classification des colorants syntheacutetiques

Les matiegraveres colorantes se caracteacuterisent par leur capaciteacute agrave absorber les rayonnements lumineux

dans le spectre visible (de 380 agrave 750 nm) La transformation de la lumiegravere blanche en lumiegravere

coloreacutee par reacuteflexion sur un corps ou par transmission ou diffusion reacutesulte de labsorption

seacutelective deacutenergie par certains groupes datomes appeleacutes chromophores la moleacutecule colorante

eacutetant le chromogegravene Dautres groupes datomes du chromogegravene peuvent intensifier ou changer

la couleur due au chromophore ce sont les groupes auxochromes (Barka 2008)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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4- Les colorants aziniques (thiazines)

Les colorants thiazines sont analogues aux colorants oxazines sauf que lrsquoatome de soufre

remplace lrsquoatome drsquooxygegravene dans lrsquoanneau heacuteteacuterocyclique Ces colorants ont un noyau

phenazonium comme chromophore avec des groupes amineacutes en para par rapport au soufre

comme auxochrome Ils ont un intervalle de couleur du vert au bleu et ils sont stables agrave la

lumiegravere Ils sont utiliseacutes dans le domaine du textile meacutedecine pharmacie et biologie

Seulement cinq colorants thiazines sont connus et toujours fabriqueacutes azure A azure B azure C

thionine et bleu de meacutethylegravene

Le colorant thiazine le plus important est le bleu de meacutethylegravene deacutecouvert par Caro en 1876

Colorants doxazines Colorants thiazines

Oxazines

Thiazine

5- Toxiciteacute des colorants

La prise de conscience quant agrave la dangerositeacute de certains colorants a commenceacute vers 1890 ougrave

lrsquoon surveillait essentiellement les teneurs en cuivre en arsenic et en plomb dans les colorants

syntheacutetiques ou mineacuteraux Cependant bien que des toxicologues aient auparavant mis en

eacutevidence chez les animaux le risque de cancer lieacute agrave lrsquoingestion de certains colorants azoiumlques

rouges ce nrsquoest qursquoapregraves la deuxiegraveme (2egraveme

) guerre mondiale que des seacuterieux tests biologiques

ont abouti agrave la remise en cause de la plupart des colorants utiliseacutes Une reacuteglementation plus

exigeante a eacuteteacute instaureacutee en 1960 concernant le test de toxicologique des colorants mis sur le

marcheacute Pour le cas du Burkina-Faso il yrsquoa un deacutecret ndeg2001-185 (article 12) portant

interdiction de rejet dans lrsquoenvironnement de certaines substances canceacuterigegravenes dans

lrsquoenvironnement

6- Proprieacuteteacutes physico-chimiques du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene colorant azinique (thiazine) de la famille basique ou cationique aussi

appeleacute chlorure de bis-(dimethylamino)- 37 phenazathionium est soluble dans lrsquoeau (50 g L-1

) et

moins soluble dans lrsquoalcool (10 g L-1

) Sa formule chimique est C16H18ClN3S une masse molaire

de 319852 g mol-1

se preacutesente sous forme drsquoune poudre cristalline drsquoun bleu fonceacute est un deacuteriveacute

azoteacute (Fig1)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 1 Bleu de meacutethylegravene et sa structure chimique

Il est couramment utiliseacute comme modegravele de contaminant organique en raison de sa structure

moleacuteculaire stable Dans la reacuteaction de reacuteduction le BM se transforme en leuco meacutethylegravene

incolore due agrave la perte du doublet libre de lrsquoazote et introduction drsquoun atome drsquohydrogegravene

Le BM sous sa forme incolore est

(Eq 1)

bleu de meacutethylegravene chlorure de meacutethylthioninium

S

N

N NCl-

hydroxyde de meacutethylthioninium

S

N

N N HO

Figure 2 Forme incolore du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene est le colorant le plus couramment utiliseacute dans la teinture du coton du bois

et de la soie Il peut provoquer des brucirclures oculaires responsables de blessures permanentes aux

yeux de lrsquohomme et des animaux Son inhalation peut donner lieu agrave des difficulteacutes respiratoires

entrainer des cas drsquoaneacutemie apregraves une absorption prolongeacutee et son ingestion par la bouche produit

une sensation de brucirclure provoque des nauseacutees des vomissements transpiration et sueurs

froides abondantes (Ghosh and Bhattacharyya 2002) Il est aussi est toxique pour les algues et

les petits crustaceacutes agrave partir des concentrations de 01 mg L-1

et 2 mg L-1

respectivement (Ounissa

1996 Meink et al 1997)

Le traitement des rejets industriels contenant ce type de colorant srsquoavegravere drsquoun grand inteacuterecirct

II- TRAITEMENT DES REJETS TEXTILES

1- Geacuteneacuteraliteacutes sur les meacutethodes de traitements

Le traitement des rejets textiles compte tenu de leur heacuteteacuterogeacuteneacuteiteacute de composition conduira

toujours agrave la conception drsquoune chaine de traitement assurant lrsquoeacutelimination des diffeacuterents

polluants par des eacutetapes successives La premiegravere eacutetape consiste agrave eacuteliminer la pollution par

lrsquointermeacutediaire de preacutetraitement (deacutegrillage dessablage deacuteshuilage etc) etou de traitement

physique ou physico-chimique assurant une seacuteparation solide-liquide Drsquoapregraves Barclay and

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Buckley (2000) les techniques de deacutepollution intervenant le plus courant en deuxiegraveme eacutetape

dans les industries se divisent en trois cateacutegories

1- Biologique

Traitement aeacuterobie

Traitement anaeacuterobie

2- Physique

Meacutethode de preacutecipitation (coagulation floculation seacutedimentation)

Adsorption (sur charbon actif)

Osmose inverse filtration sur membrane

3- Chimique

Oxydation (oxygegravene ozone oxydants tels que le H2O2 NaOCl)

Reacuteduction (Na2S2O2)

Meacutethode de complexomeacutetrique

Reacutesine eacutechangeuse drsquoions

A- Meacutethodes biologiques

Lrsquoavanceacutee technologique a permis la conception des systegravemes de traitement biologique

perfectionneacutes en se basant sur lrsquoautoeacutepuration naturelle des eaux Ces proceacutedeacutes biologiques se

font selon deux modes traitements en aeacuterobie (en preacutesence de lrsquooxygegravene) et traitement en

anaeacuterobie (les microorganismes deacutegradent la matiegravere organique en absence de lrsquooxygegravene)

Les proceacutedeacutes drsquoeacutepuration par voie biologique sont baseacutes sur la transformation microbienne des

colorants La plupart des colorants azoiumlques sont tregraves stables et non biodeacutegradables Beaucoup

drsquoeacutetudes ont deacutemontreacute la biodeacutegradation partielle ou complegravete de certains colorants par voie

biologiques (Adnosinda et al 2003) et (Lopez et al 2004) Mecircme si ces techniques sont

adapteacutees agrave un nombre de polluants organiques elles ne sont pas toujours applicables sur les

effluents textiles industriels en raison de fortes concentrations de polluants de leur toxiciteacute qui

entrainent la destruction des microorganismes ou des boues biologiques agrave traiter

B- Meacutethodes physiques

Lorsque les eaux useacutees ne se precirctent pas agrave une deacutepollution par voie biologique (effluent peu ou

pas biodeacutegradable tempeacuterature trop faible valeurs extrecircmes de pH preacutesence de toxiques)

des proceacutedeacutes physico-chimiques classiques permettent de compenser soit en se substituant

totalement agrave lrsquoeacutepuration par voie biologique soit en traitement compleacutementaire On peut citer

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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par exemple la coagulation-floculation suivie drsquoune deacutecantation (clarification) lrsquoadsorption sur

charbon actif lrsquoeacutechange drsquoions ou la filtration membranaire

B1- Coagulation-floculation

Sous le terme de coagulationndashfloculation on entend tous les processus physico-chimiques par

lesquels des particules colloiumldales ou des solides en fine suspension sont transformeacutes par des

floculants chimiques en espegraveces plus visibles et seacuteparables (les flocs) Les flocs formeacutes sont

ensuite seacutepareacutes par deacutecantation et filtration puis eacutevacueacutes Les coagulants inorganiques tels que

lrsquoalun (Al2(SO4)314H2O) donnent les reacutesultats plus que satisfaisants pour la deacutecoloration des

effluents textiles contenant des colorants disperseacutes de cuve et soufreacutes mais sont totalement

inefficaces pour les colorants azoiumlques acides et basiques (Barclay and Buckley 2000) et

(Vendevivere et al 1998) Par ailleurs la coagulationndashfloculation ne peut ecirctre utiliseacutee pour les

colorants fortement solubles dans lrsquoeau comme le cas du BM

Le principal deacutesavantage de cette technique est qursquoelle geacutenegravere une importante quantiteacute de boue

entrainant des investissements suppleacutementaires

B2- Filtration membranaire

Dans ce proceacutedeacute les polluants sont retenus par une membrane semi permeacuteable dont le diamegravetre

des pores est infeacuterieur agrave celui des moleacutecules agrave eacuteliminer Cette technique est largement utiliseacutee

dans le domaine de lrsquoeau potable et le dessalement La filtration sur membrane sous lrsquoeffet

drsquoune pression hydraulique se deacutecline en microfiltration lrsquoultrafiltration la nano filtration et

lrsquoosmose inverse Parmi les quatre types de proceacutedeacutes la nano filtration et lrsquoosmose inverse sont

les plus adapteacutes agrave la reacuteduction partielle de la couleur et des petites moleacutecules organiques

(Taylor and Jacobs 1996) (Calobro et al 1990) En effet la nano filtration srsquoapplique surtout

au traitement des bains de teinture de colorants reacuteactifs en agissant comme un filtre moleacuteculaire

tandis que la microfiltration retient les mateacuteriaux colloiumldaux tels que les colorants disperseacutes ou

de cuve gracircce agrave une laquomembrane eacutecranraquo (Van der Bruggen et al 2003) Lrsquoultrafiltration ne

srsquoapplique qursquoagrave la reacuteduction de DCO et des solides en suspension (Anselme and Jacobs 1996)

et nrsquoest reacuteellement efficace qursquoen combinaison avec la coagulationfloculation

B3- Adsorption sur charbon actif et autres mateacuteriaux

Le polluant est transfeacutereacute de la phase liquide vers la phase solide lors de lrsquoadsorption Le

charbon actif eacutetant consideacutereacute comme lrsquoadsorbant le plus efficace pour la reacuteduction de la

couleur est limiteacute pour lrsquoeacutelimination de certains colorants Seuls les cationiques colorant agrave

mordant disperseacutes ou dits de cuve sont eacutelimineacutes par cette technique (Raghavacharya 1997)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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C- Meacutethodes chimique

Les techniques drsquooxydation chimiques sont geacuteneacuteralement appliqueacutees quand les proceacutedeacutes

biologiques sont inefficaces Elles peuvent ecirctre ainsi utiliseacutees pour les proceacutedeacutes biologiques en

eacutetapes de preacutetraitement afin de diminuer la charge polluante Lrsquooxydation chimique est

eacutegalement appliqueacutee pour le traitement des organiques dangereux preacutesents en faibles

concentrations et des effluents chargeacutes de constituants reacutesistants aux meacutethodes de

biodeacutegradation Le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) le Cl2 et O3 sont les reacuteactifs les plus souvent

utiliseacutes pour ce type de traitement Le H2O2 est un oxydant moyennement fort et son application

pour le traitement des polluants organiques et inorganiques est bien eacutetablie (Neyens et al

2003) Mais lrsquooxydation par H2O2 nrsquoest pas suffisamment efficace pour de fortes concentrations

en colorant Hamada et al (1998) ont proposeacute de traiter les colorants azoiumlques par hypochlorure

de sodium Cependant si la moleacutecule initiale est deacutetruite les halogegravenes sont susceptibles de

former des trihalomeacutethanes comme sous-produits de deacutegradation lesquels sont canceacuterigegravenes

pour lrsquoHomme

Drsquoougrave la neacutecessiteacute drsquoutiliser des produits drsquooxydation encore plus performant comme les

proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutes (POA)

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation

Avanceacutee (POA)

Lrsquoindustrialisation intensive qui a vu le jour au cours du dernier siegravecle a causeacute lrsquoapparition dans

lrsquoenvironnement de polluants eacutemergents reacutefractaires qui sont reconnus canceacuterigegravenes et

mutagegravenes Dans lrsquooptique de limiter la pollution de lrsquoenvironnement des strateacutegies de

traitement efficaces et eacutecologiques ont eacuteteacute deacuteveloppeacutees Parmi ces strateacutegies se trouve

lrsquoapplication des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee (POA) Figure 3

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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Il srsquoagit de proceacutedeacutes de traitement oxydatif qui peuvent ecirctre subdiviseacutes en quatre groupes

(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse

utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et reacutepondent aux

critegraveres suivant (Suty et al 2003)

Ne pas induire de pollution secondaire

Non toxique

Non corrosif pour les eacutequipements

Etre le plus rentable possible

Etre relativement le plus simple agrave manipuler

Les OHbull sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse utiliser dans le domaine des

eaux et des effluents industriels avec une vitesse drsquooxydation (109

fois plus eacuteleveacutee) agrave celle de

lrsquoozone et son potentiel drsquooxydation est de 28 VENH (Parsons 2004) Tableau 1

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique

Oxydant Pouvoir oxydant Edeg (VENH)

OHbull 280

Oo 242

O3 207

H2O2 (milieu acide) 178

Cl2 136

O2 123

Plusieurs secteurs ont utiliseacutes ces proceacutedeacutes pour traiter leurs eaux par exemple Parsons (2004)

lrsquoa utiliseacute pour le traitement des eaux de surface et souterraines Martinez-Huitle and Ferro

(2006) lrsquoont utiliseacute pour le traitement des eaux industrielles Hayet (2011) lrsquoa testeacute dans

lrsquoeacutelimination du 4- chloropheacutenol Hsing et al (2007) et Wu and Chang (2006) ont lrsquoutiliseacute pour

deacutecolorer les eaux des industries textiles Bouafia (2010) a utiliseacute le proceacutedeacute drsquooxydation

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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avanceacutee baseacutee sur le reacuteactif de fenton pour deacutegrader les colorants textiles Derradji (2012) a

coupleacute le POA avec un traitement biologique pour le traitement des eaux useacutees industrielles

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

)

Fenton avait deacutecrivit agrave la fin du XIX egraveme

siegravecle que le fer ferreux (Fe2+

) favorisait fortement

lrsquooxydation de lrsquoacide maleacuteique par le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) en milieu acide (Fenton

1894) Des travaux ulteacuterieurs ont montreacute que la combinaison de H2O2 et de Fe2+

nommeacute

laquo Reacuteactif de Fenton raquo eacutetant un oxydant efficace pour une grande varieacuteteacute de substrats

organiques notamment les pheacutenols les pesticides les aromatiques polycycliques et des

colorants en particulier les azoiumlques (Spadaro et al 1994 Benitez et al 2001 De Heredia et

al 2001) Quarante (40) ans plus tard Haber and Weiss (1934) identifiaient le radical

Hydroxyl comme eacutetant lrsquoespegravece oxydante de la reacuteaction preacutesenteacutee ci-dessous et communeacutement

appeleacutee reacuteaction de Fenton

(Eq2)

Le fer ferrique geacuteneacutereacute peut ensuite reacuteagir avec le peroxyde drsquohydrogegravene pour redonner le fer

ferreux

(Eq3)

La vitesse de deacutecomposition de H2O2 par le Fer II augmente lorsque le pH augmente (le 5) car

dans cette gamme de pH la forme preacutedominante Fe(OH) 2+

est beaucoup plus reacuteactive que lrsquoion

Fe2+

(Kuo 1992)

Lrsquoeacutetude de la deacutepollution des effluents textiles coloreacutes par le proceacutedeacute Fenton (systegraveme H2O2

Fe2+

) a eacuteteacute reacuteveacuteleacutee tregraves efficace et plusieurs eacutetudes ont montreacute que le taux de mineacuteralisation des

colorants syntheacutetiques augmente avec lrsquoaugmentation des doses des reacuteactifs et du temps de

reacuteaction Le rapport des reacuteactifs R =

et le rapport

joue aussi un rocircle important

dans la vitesse de deacutegradation de colorants de deacutepart et sur le taux de mineacuteralisation (Kuo

1992)

Le proceacutedeacute Fenton possegravede trois (03) caracteacuteristiques attractives pour le traitement des

composeacutes organiques (Redha 2011)

Les radicaux hydroxyles OHbull produits reacuteagissent tregraves rapidement (10

9 fois plus reacuteactif

que le O3)

Les reacuteactifs sont simples agrave manipuler et sans danger pour lrsquoenvironnement

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Les produits finaux de deacutegradation (H2O CO2 ions mineacuteraux et hydroxydes ferriques)

nrsquointroduisent pas une pollution suppleacutementaire

Le proceacutedeacute de Fenton est composeacute geacuteneacuteralement de quatre eacutetapes principales ajustement du

pH oxydation neutralisation et coagulationpreacutecipitation Pour lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute la

reacuteaction de fenton ne peut se produire qursquoagrave un pH voisin ou eacutegal agrave 3 ce qui reacutesulte un ajout des

solutions acides Au-delagrave des valeurs de pH comprises entre 3 et 4 le fer (Fe2+

ou Fe3+

) est

susceptible de preacutecipiter et former des hydroxydes de fer induisant ainsi une faible activiteacute

catalytique Le milieu doit ecirctre approvisionneacute drsquoune maniegravere continue Ce qui peut alourdir les

couts de traitement

Le proceacutedeacute Fenton est consideacutereacute aujourdrsquohui comme le proceacutedeacute dont sa mise en œuvre est facile

et plus utiliseacute dans le monde pour le traitement drsquoeffluents industriels textiles mais le proceacutedeacute

est limiteacute par le manque de geacuteneacuteration du catalyseur qui neacutecessite geacuteneacuteralement un apport

constat en reacuteactif et qui contraint de ce fait agrave lrsquoapprovisionner en continu le milieu en peroxyde

drsquohydrogegravene (H2O2) tregraves couteux

III- LA LATERITE

Le Burkina-Faso est un pays de lrsquoAfrique occidentale avec une superficie de 274 000 kmsup2 et le

recouvrement lateacuteritique est un caractegravere dominant des paysages peacuteneacuteplaines ou tabulaires qui

caracteacuterisent sa plus grande partie Les lateacuterites se preacutesentent sous forme de plateaux eacutetendus

buttes teacutemoins cuirasses indureacutes etc Lrsquoeacutepaisseur de ces lateacuterites varie selon la nature des

formations sur lesquelles elles se reposent

La lateacuterite (du latin later brique) est une roche rouge ou brun qui se forme par alteacuteration des

roches sous les climats tropicaux Elle est constitueacutee du fer (Limonite ferrihydrite geothite

heacutematite) drsquoaluminium (Gibbsite cliachite boehmite) de titane de manganegravese et de

silicium On la trouve surtout en domaine intertropical et recouvre 33 des continents

Pour lrsquoeacutetude de la deacutegradation du colorant BM nous avons utiliseacute deux types de lateacuterite

provenant lrsquoune de la reacutegion de Koubri dans le Centre et contenant 314 de fer et lrsquoautre dans

la reacutegion Sud-Ouest du Burkina-Faso contenant 447 pour le traitement (Figure 4) Ces

lateacuterites ont eacuteteacute caracteacuteriseacutees au Laboratoire CRISMAT (Centre National de Recherche et de

Technologie Mateacuteriaux ENSI Caen) en France

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI)

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE

Lrsquoutilisation des substances organiques dans lrsquoindustrie sans traitement est la deacutegradation de la

qualiteacute des eaux qui se reacutepercute sur la santeacute de lrsquoecirctre humain Dans ce chapitre nous allons voir

les produits et mateacuteriels ainsi que la meacutethodologie expeacuterimentale utiliseacutes pour la deacutegradation du

colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute Fenton en phase homogegravene en utilisant le fer

industriel puis le fer extrait de la lateacuterite

Nous preacutesentons en premier lieu la technique du dosage du BM et les reacuteactifs utiliseacutes pour la

deacutegradation de notre colorant Nous eacutevoquons les techniques de caracteacuterisation de la lateacuterite par

diffraction des rayons X et analyse quantitative

I- PRODUITS ET MATERIELS

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite)

Pour lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite nous avons utiliseacute

certains reacuteactifs qui sont illustreacutes dans le tableau 2

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes

Produits Fournisseur Qualiteacute

Bleu de meacutethylegravene Fluka 96

Peroxyde drsquohydrogegravene

(H2O2)

Preacutepareacute par

Laboratoires Gilbert (CA 655-

301-3)

9

Acide sulfurique (H2SO4) Sigma-Aldrich (CA 7664-93-9) 95-97

Sulfate ferreux (FeSO4

7H2O

Fluka Chemika (CA44990) 98

Hydroxyde de Sodium

NaOH

Sigma Aldrich 32

Eau ultra-pure ou Milli-Q Polisseur drsquoeau du LEDES 0055 microScm ou 183

2- Mateacuteriels utiliseacutes

Les mateacuteriels utiliseacutes pour les suivis cineacutetiques de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite sont la spectrophotomeacutetrie DR 5000 la lateacuterite et les trois types drsquoacides

lrsquoacide sulfurique lrsquoacide chlorhydrique lrsquoacide nitrique pour lrsquoextraction du fer de la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM

Les eacutechantillons de lateacuterites utiliseacutees lors de ce travail ont eacuteteacute caracteacuteriseacutes au Laboratoire

CRISMAT (Centre National de Recherche Technologique Mateacuteriaux ENSI Caen) en France Ils

proviennent de deux reacutegions du Burkina-Faso (Dano et Koubri) contiennent respectivement 44

7 et 314 de fer et ont eacuteteacute obtenus par les analyses en diffraction des rayons X (DRX) et en

microscopie eacutelectronique agrave balayage (MEB)

Le principe de lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS

Lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS est une analyse quantitative en des points ou zones speacutecifiques dun

eacutechantillon en utilisant la spectromeacutetrie agrave seacutelection deacutenergie (EDS)

Son principe est que par lintermeacutediaire dun canon agrave eacutelectrons un faisceau deacutelectrons est envoyeacute

sur leacutechantillon En contact avec la matiegravere ces eacutelectrons interagissent de diffeacuterentes faccedilons

Le MEB-EDS du laboratoire va permettre dexploiter trois informations distinctes dont deux qui

vont ecirctre traduites en images

-Une image en eacutelectrons secondaires (SE) qui naicirct dune interaction entre les eacutelectrons du

faisceau et les eacutelectrons des couches eacutelectroniques de latome et qui nous donnera une

information topographique de leacutechantillon

- Une image en eacutelectrons reacutetrodiffuseacutes (BSE) qui reacutesulte de linteraction entre les eacutelectrons du

faisceau le noyau et le nuage eacutelectronique de latome et qui permettra de creacuteer une image par

contraste chimique

- Une troisiegraveme information que lon obtient est une analyse eacuteleacutementaire le microscope

eacutelectronique agrave balayage eacutetant coupleacute agrave un deacutetecteur de rayons X agrave dispersion deacutenergie

Le principe de lrsquoanalyse par Diffraction Rayon X (DRX)

La diffraction des rayons X est une technique danalyse fondeacutee comme son nom lrsquoindique sur la

diffraction des rayons X sur la matiegravere La diffraction des rayons X est un pheacutenomegravene

dinterfeacuterence constructive qui se produit quand un faisceau de rayons X (onde

eacutelectromagneacutetique) peacutenegravetre dans un cristal (empilement peacuteriodique datomes) Il peut donc

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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apparaitre quand on place un monocristal un poly-cristal ou une poudre devant une source de

rayons X Lemplacement des faisceaux diffracteacutes nous informe sur la peacuteriodiciteacute du (des) cristal

tandis que lintensiteacute de ces faisceaux nous informe sur la nature et la position des atomes

contenus dans le cristal La position des intensiteacutes diffracteacutees nous renseignera sur la taille de la

maille tandis que lintensiteacute nous permettra de calculer la position des atomes dans la maille

ainsi que leur nature Les proprieacuteteacutes chimiques ou physiques dun mateacuteriau deacutependent de la

position et la nature des atomes du cristal

Les caracteacuteristiques du diffractomegravetre des eacutechantillons de la poudre de lateacuterite analyseacutee sur un

diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 eacutequipeacute drsquoun monochromateur avant et drsquoun deacutetecteur Lynx-

Eye sont rassembleacutees dans le tableau et figures ci-dessous

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Position initiale [deg2Th] 10 0050

Position finale [deg2Th] 99 9910

Taille [deg2Th] 00110

Temps drsquoeacutetape de balayage [s] 1170

Fente de divergence Fixed

Fente de divergence [mm] 2

Tempeacuterature de mesure [degC] 21

Mateacuteriel drsquoanode Cu

K Alpha 1 [Aring] 154060

Geacuteneacuterateur 40 mA 40 kV

Monochromateur de rayon incident Oui

Rotation Non

Ouverture de deacutetecteur [deg] 35

Deacutetecteur de discrimination LL [V] 017

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri

Les diffeacuterentes phases des eacutechantillons de lateacuterites par lrsquoanalyse en diffraction RX sont

reacutecapituleacutees sur ce tableau

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

Phase Koubri Dano

-massique -massique

Phase majoritaire Kaolinite 333 36

Quartz 326 161

Deuxiegraveme sous-ensemble de phase Goethite FeO(OH) 211 352

Heacutematite Fe2O3 73 63

Ferrite

(fer-alpha)

3 32

Phase anatase TiO2 27

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene

La solution megravere du BM de concentration 1 g L-1

a eacuteteacute preacutepareacutee en mettant les cristaux dans un

litre drsquoeau distilleacutee Les solutions standard pour lrsquoeacutetablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage ont

eacuteteacute obtenues par des dilutions successives jusqursquoaux concentrations deacutesireacutees

Le suivi de lrsquoeacutevolution de la concentration du BM au cours du temps est fait par

spectrophotomeacutetrie UVVisible

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible

La spectrophotomeacutetrie est une technique analytique quantitative qui consiste agrave mesurer

lrsquoabsorbance ou la densiteacute optique drsquoune substance chimique donneacutee en solution La meacutethode

repose sur la loi de Beer-Lambert qui eacutenonce

Lorsqursquoune substance absorbe de la lumiegravere dans le domaine de lrsquoultra-violet et du

visible lrsquoeacutenergie absorbeacutee provoque des perturbations dans la structure eacutelectronique des

atomes ions ou moleacutecules Un ou plusieurs eacutelectrons utilisent cette eacutenergie pour sauter

drsquoun niveau de basse eacutenergie agrave un niveau de plus haute eacutenergie Ces transitions

eacutelectroniques se font dans le domaine de 350 agrave 800nm pour le visible et entre 200 agrave 350

nm pour lrsquoultra-violet

Un milieu homogegravene traverseacute par la lumiegravere absorbe une partie de celle-ci les

diffeacuterentes radiations constituant le faisceau incident sont diffeacuteremment absorbeacutees

suivant leur longueur drsquoonde et les radiations transmisses sont alors caracteacuteristiques du

milieu

Soit un rayon lumineux monochromatique de longueur drsquoonde λ traversant un milieu

homogegravene drsquoeacutepaisseur l Le taux de deacutecroissance de lrsquointensiteacute lumineuse en fonction de

lrsquoeacutepaisseur du milieu absorbant est donneacute par la loi de Lambert

A= log (

) (Eq4)

Avec

I0 intensiteacute initiale de la lumiegravere traverseacutee

I intensiteacute de la lumiegravere transmise

A absorbance

La spectrophotomeacutetrie UVVisible permet de suivre la deacutecoloration des solutions gracircce aux

absorbances qui eacutevoluent en fonction du temps de traitement Elle permet eacutegalement de suivre

lrsquoeacutevolution des ions gracircce agrave leurs diffeacuterents dosages

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM

a- Deacutetermination des longueurs drsquoondes drsquoabsorption maximale

Le spectre drsquoabsorbance du BM a eacuteteacute balayeacute entre 200 et 800 nm afin de suivre quantitativement

sa concentration Les pics de notre colorant sont obtenus agrave 661nm et 291nm (fig 8) Les

diffeacuterentes absorbances ont eacuteteacute deacutetermineacutees et une courbe deacutetalonnage a eacuteteacute traceacutee en utilisant

des solutions standard variant de 0 agrave 8 mg L-1

pour les deux longueurs drsquoondes

Figure 8 Spectre du Bleu de meacutethylegravene

b- Etablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage du BM

La concentration [Fx] des solutions eacutetalon varie de 1 agrave 8 mg L-1

Les volumes agrave preacutelever sont

calculeacutes en appliquant lrsquoeacutequation suivante

(Eq5)

Avec [Fx] - Concentration de lrsquoeacutetalon

Vx - Volume drsquoeacutetalon agrave preacuteparer

[M] - Concentration de la solution megravere

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene

Solution Zero 1 2 3 4 5

Concentration [mgL-1] 0 2 3 4 6 8

Volume neacutecessaire [mL] 0 02 03 04 06 08

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour tracer la courbe drsquoeacutetalonnage nous avons introduit les diffeacuterents volumes dans des fioles de

100 mL ensuite nous avons compleacuteteacute agrave lrsquoeau distilleacutee jusqursquoau trait de jauge On a mis la

spectrophotomeacutetrie en marche et proceacutedeacute agrave la lecture du blanc puis successivement des solutions

eacutetalons

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm)

Solution 0 1 2 3 4 5

Con (mg L-1

) 0 2 3 4 6 8

Absorbance (nm) pour λ = 661 0 085 13 18 23 3

Absorbance (nm) pour λ = 291 0 04 06 09 12 17

Figure 9 Courbe deacutetalonnage (λmax = 661 nm et λmax = 291 nm) variation de labsorbance en

fonction de la concentration du BM

4- Preacuteparation des solutions de fer

a- Solution de fer industriel

Le reacuteactif utiliseacute est le sulfate ferreux ou sulfate de fer (II) drsquoune poudre blanchacirctre agrave lrsquoeacutetat

anhydre dont la formule est FeSO4 7H2O Pour la preacuteparation du Fe2+

de concentration 3 g L-1

nous avons verseacute 3 g du sulfate ferreux anhydre dans une fiole de 1 L contenant 500 mL drsquoeau

milli-Q puis ajouter une (1) goutte drsquoacide sulfurique (H2SO4) concentreacute agrave 98 dans la fiole et

laisser agiter pendant 30 secondes Apregraves compleacuteter jusqursquoau trait de jauge et placer sous

agitation durant 1 h jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune solution de couleur rouge brique

b- Solution de fer de la lateacuterite

Pour la deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite les solutions de la lateacuterite

ont eacuteteacute preacutepareacutees de la maniegravere suivante

Pour le lit de lateacuterite nous avons preacuteleveacute

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

Compleacuteter drsquoeau milli-Q (eau ultra pure) jusqursquoau trait de jauge

y = 03938x

Rsup2 = 09869

0

05

1

15

2

25

3

35

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

661nm

y = 02094x

Rsup2 = 09972

0

02

04

06

08

1

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

291 nm

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Ajuster par la suite le pH de la solution agrave 3 avec lrsquoacide sulfurique (concentreacute agrave

95-97)

Figure 8 Lit de lateacuterite

Pour la lateacuterite attaqueacute par de lrsquoacide concentreacute pour lrsquoextraction du Fer

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

30 m L drsquoacide (HClHNO3H2SO4)

Ajouter avec prudence 20 mL drsquoeau milli-Q pour avoir 50 mL de solution

Preacutelever le surnageant pour le traitement du bleu de meacutethylegravene

Figure 9 Attaque acide de la lateacuterite

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton

Lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM srsquoest faite par trois diffeacuterentes eacutetapes

Une solution du BM est soumise agrave un traitement par proceacutedeacute Fenton en utilisant du H2O2

et le fer industriel (Fe2+

) ajustement du pH agrave 3 (Fig12)

Figure 10 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel

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Pour la deacutegradation du BM en utilisant la lateacuterite deux eacutetapes ont eacuteteacute imageacutes lrsquoune par

un lit de lateacuterite et lrsquoautre par la lateacuterite attaqueacutee par trois types drsquoacides (Fig13)

Figure 11 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM

Nous avons deacutetermineacute la cineacutetique de deacutecoloration agrave partir des valeurs des absorbances trouveacutees

agrave 661nm La deacutetermination de la constante de vitesse kapp permet de donner un ordre de

grandeur de la vitesse Expeacuterimentalement on peut montrer que la vitesse de reacuteaction bilan du

BM srsquoeacutecrit de la maniegravere suivante

Bleu de meacutethylegravene + OHbull rarr sous-produit du bleu de meacutethylegravene (Eq6)

Pour la cineacutetique drsquoordre 1

V = -

= kapp (Eq7) reacuteaction de pseudo ordre un laquo1 raquo

Avec

V vitesse de deacutegradation catalytique (mg L-1

h-1

)

kapp constante apparente de deacutegradation (min ou h-1

)

[BM] concentration du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

t temps de reacuteaction (h)

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

Ln (

) = kapp t (Eq8)

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Figure 12 Reacuteaction de pseudo ordre 1

Pour la cineacutetique drsquoordre 2

V = -

= kapp (Eq9) reacuteaction de pseudo ordre un laquo2 raquo

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

int

= - int

(Eq10)

(Eq11)

Figure 13 Reacuteaction de pseudo ordre 2

Pour le calcul des rendements ou taux drsquoabattement (τ) agrave lrsquoissu des eacutetudes cineacutetiques de

deacutegradation du BM nous avons utiliseacute cette formule ci-dessous

τ =

(Eq12)

Rsup2 = 09863

-070

-060

-050

-040

-030

-020

-010

000

0 2 4 6 8

ln (C

Co)

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 1

Rsup2 = 09499

0

0005

001

0015

002

0025

003

0 2 4 6 8

1C

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 2

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CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL

Tous les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes agrave tempeacuterature ambiante (25degC) Les concentrations du bleu de

meacutethylegravene choisies pour lrsquoexpeacuterience sont 10 et 40 mg L-1

1- Effet de pH du milieu

Etant donneacute que le proceacutedeacute Fenton est baseacute sur lrsquoeffet catalytique du Fer et plus preacuteciseacutement

du Fe2+

il nous est paru neacutecessaire de commencer lrsquoeacutetude par la deacutetermination du pH

optimale pour le proceacutedeacute Lrsquoajustement du pH du milieu srsquoeffectue agrave lrsquoaide drsquoune solution

drsquoacide sulfurique Ce choix est justifieacute par lrsquoexistence deacutejagrave au sein de la solution des ions

2-

suite agrave lrsquoaddition du Fe2+

sous la forme de FeSO4 7H2O

Les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes avec une concentration en BM de 20 mg L-1

un rapport R = 15

correspondant agrave des concentrations de 6 et 040 mg L-1

en H2O2 et Fe2+

respectivement et

pour des valeurs de pH variant entre 3 et 5 Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacute sur figure 16

Figure 14 Effet du pH

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t = 20

min)

pH Rendement ()

3 96

35 5245

4 6156

5 5509

000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 5 10 15 20

[BM

] m

gL

ˉˡ

temps de deacutegradation (mn)

pH = 3

pH = 35

pH = 4

pH = 5

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Drsquoapregraves le tableau preacutecegravedent nous observons que le pH favorable pour la deacutegradation du BM

par le proceacutedeacute Fenton est pH = 3 avec un taux de deacutegradation de 96 au bout de 20 min

De nombreux travaux sur les proceacutedeacutes Fenton ont montreacute que le pH 3 semble ecirctre la meilleure

valeur pour une deacutegradation optimale des polluants organique ((Tang and Huang 1996 Kuo

and Lo 1999) Pour la suite du travail nous adopterons deacutesormais cette valeur de pH

2- Effet de la concentration en BM

Nous avons traiteacute agrave un pH = 3 et agrave 25degC deux solutions du BM de concentration diffeacuterentes

(10 mg L-1

et 40 mg L-1

) en fixant les concentrations de Fe2+

agrave 134 mg L-1

et celle du H2O2 agrave

6 mg L-1

(figure 17)

Figure 15Effet de la concentration du BM

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM

[BM] mg L-1

Rendement () Temps de

deacutecoloration (min)

10 9738 8

40 9565 14

Nous avons constateacute que la concentration du BM de concentration 10 mg L-1

srsquoest deacutegradeacutee

rapidement et complegravetement avec un temps de deacutecoloration (td) de 8 min tandis que celle de

40 mg L-1

est plus lente avec un td de 14 min Donc plus la solution est concentreacutee plus le

temps de deacutegradation est important

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La cineacutetique de deacutecoloration du colorant BM de concentrations respectives de 10 et

40 mg L-1

obeacuteit agrave la loi cineacutetique de pseudo premier

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM

Solution kapp

BM = 10 mg L-1

028

BM = 40 mg L-1

010

La deacutetermination de la constante apparente de vitesse montre eacutegalement que cette derniegravere

varie en fonction de la concentration en BM En effet la valeur de kapp est deux fois plus

supeacuterieure pour une concentration en BM de 10 mg L-1

que pour celle de 40 mg L-1

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene

Figure 16 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel

Une solution du bleu de meacutethylegravene de concentration 40 mg L-1

est soumise agrave un traitement par

proceacutedeacute Fenton en utilisant 6 mg L-1

de H2O2 et le fer industriel agrave une concentration de 134

mg L-1

Des preacutelegravevements ont eacuteteacute effectueacutes agrave des intervalles reacuteguliers de temps afin de suivre

lrsquoeacutevolution de la deacutegradation par Spectrophotomeacutetrie Lrsquoanalyse spectromeacutetrique des

eacutechantillons est effectueacutee par un balayage du spectre UV-Visible entre 200 et 800 nm (figure

18)

Nous remarquons que plus le temps de traitement est important plus le pic drsquoabsorbance dans

le visible agrave 661 diminue drsquointensiteacute pour srsquoannuler complegravetement agrave partir du 30 min Par

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contre le pic dans le domaine UV agrave 291 il diminue certes drsquointensiteacute mais ne srsquoannule pas

mecircme apregraves 45 min de traitement

Ce reacutesultat nous permet de conclure que le proceacutedeacute Fenton permet une deacutegradation partielle

de la moleacutecule du BM au bout de notre temps de reacuteaction Drsquoapregraves Cao et al (1999) les pics

appartenant aux domaine drsquoUV entre 200 et 260 sont relatives au cycle benzegravene mono ou

poly substitueacute Ceci revient agrave dire que la deacutegradation du BM passe par deux eacutetapes

Deacutegradation du groupement fonctionnel de la moleacutecule du BM (λ = 661 nm) crsquoest agrave

dire que la rupture de lrsquoheacuteteacuterocycle central entraine la perte des conjugaisons des deux

lateacuteraux ce qui explique la deacutecoloration plus ou moins rapide de la solution

La deacutegradation des cycles benzegravene persistant en solution est beaucoup plus lente

puisque lrsquointensiteacute de ce pic (λ = 291 nm) diminue mais ne srsquoannule pas alors que la

solution est claire On peut dire eacutegalement que cette deacutegradation des cycles benzegravene

persistants est due au temps de reacuteaction trop court

4- Effet de la concentration du H2O2

a) En Absence de Fer

En utilisant deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

nous

avons varieacute les concentrations du H2O2 de 1 agrave 6 mg L-1

en absence du fer agrave un pH = 3 et agrave

tempeacuterature ambiante Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacutes sur la figure ci-dessous

Figure 19 Deacutegradation du BM par H2O2 seul

Quel que soit la concentration du BM 10 mg L-1

ou 40 mg L-1

lrsquoeffet du H2O2 sur la

deacutegradation du colorant est pratiquement nulle En effet apregraves un temps arbitraire de 20 min

de traitement on remarque un taux drsquoabattement de 17 pour la concentration en BM de 10

mg L-1

alors qursquoil est nul pour une concentration initiale de 40 mg L-1

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Il est donc clair que le pouvoir oxydant du H2O2 nrsquoest pas assez suffisant pour pouvoir

deacutegrader le BM En effet le H2O2 agrave un pouvoir oxydant de Edeg = 176 VENH par contre

celui drsquoOHbull est de 28 VENH

La mecircme conclusion a eacuteteacute observeacute par Naima (2008) sur lrsquoutilisation du H2O2 seul dans le

traitement des huiles drsquoolive (margines) Le reacutesultat a donneacute que le H2O2 seul pour des valeurs

de concentrations 3 et 20 g L-1

ne peut eacuteliminer totalement la margine de lrsquoeffluents drsquohuilerie

drsquoolive de concentration initiale de 1 g L-1

la moyenne de taux drsquoabattement obtenue ne

deacutepasse pas la valeur de 32 Yameogo (2013) a remarqueacute eacutegalement que lrsquoutilisation du

H2O2 seul nrsquoa eu aucune influence sur la deacutegradation de lrsquoamarante par proceacutedeacute photo-fenton

et heacuteteacuterogegravene avec charbon actif la concentration nrsquoa pas varieacute tout au long du traitement

b) En preacutesence du Fer

Lrsquoefficaciteacute du traitement est donc tributaire de lrsquoexistence de deux entiteacutes H2O2 et Fe2+

En

effet Bach et al (2010) ont utiliseacute le Fe2+

pour traiter lrsquoeau industrielle ils ont trouveacute que le

fer a permis de mineacuteraliser 95 drsquoeacutethylegravene-glycol et 85 de pheacutenol dans une eau industrielle

par proceacutedeacute Fenton Marciel et al (2004) ont remarqueacute que lrsquoapport de sulfate ferreux a

ameacutelioreacute la reacuteduction du COT de 45 agrave 55 lors drsquoune eacutetude drsquooxydation drsquoune solution

pheacutenolique par le proceacutedeacute photo-fenton

Pour la suite Nous avons maintenu la mecircme variation des concentrations en H2O2 (de 1 agrave 6

mg L-1

) mais en additionnant le fer industriel (sulfate ferreux) avec une concentration de 134

mg L-1

pour deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

agrave

tempeacuterature ambiante et agrave un pH eacutegale agrave 3 Ceci revient qursquoen solution le rapport R =

varie de 075 15 25 5 (Figure 20)

Figure 17 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

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Quel que soit la concentration initiale en BM ou en H2O2 lrsquoaddition du fer a entraineacute

lrsquoapparition de la deacutegradation graduelle de la coloration

Plus la concentration en H2O2 est importante plus la vitesse de deacutegradation augmente

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

[BM] mg L-1

10 40

Variation de H2O2 Rendement () Rendement ()

1 6730 5508

2 8522 7029

3 9769 9632

6 9954 9860

La figure 20 montre que taux de deacutecoloration en preacutesence du catalyseur devient plus

important avec lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 Il passe apregraves 60 min de

traitement de 6730 pour une concentration en H2O2 de 1 mg L-1

agrave 9954 pour celle de 6

mg L-1

Ceci est parfaitement preacutevisible puisque lrsquoexistence de lrsquoHydroxyde radicalaire principale

responsable de la deacutegradation est tributaire de la concentration initial en H2O2 (Eq2 sect 11)

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence de

la variation du H2O2

[BM] = 10 mg L-1

[BM] = 40 mg L-1

Ordre de la

reacuteaction k k

075 00036 00005 Ordre 2

15 00092 00007

25 0067 0065 Ordre 1

5 02879 0103

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Nous remarquons que lorsque la concentration en H2O2 augmente lrsquoordre partiel de la reacuteaction

change En effet pour des concentrations en H2O2 lt 3 mg L-1

la reacuteaction de deacutegradation est de

lrsquoordre 2 alors que pour des concentrations plus eacuteleveacutees elle est drsquoordre 1

Nadjette (2009) a montreacute que la deacutegradation du Meacutethyle Orange en preacutesence de dioxyde de

titane (TiO2) suit une cineacutetique drsquoordre 1 Redha (2011) a trouveacute eacutegalement lrsquoordre partiel de

la reacuteaction est eacutegal agrave 1 lors de son eacutetude sur le traitement du Rouge drsquoalizarine S et lrsquoOrange

G par proceacutedeacute drsquooxydation avanceacutee (POA)

Bennani et al (2010) ont eacutelimineacute le bleu de meacutethylegravene en solution aqueuse par lrsquoargile de Safi

(Maroc) Les reacutesultats ont montreacute que le pseudo-second ordre peut deacutecrire le comportement

cineacutetique de lrsquoadsorption du bleu de meacutethylegravene sur lrsquoargile brute et celle purifieacutee Des reacutesultats

similaires ont eacuteteacute observeacutes Gurses et al (2006) et Tsai et al (2007)

Les valeurs de kapp obtenus pour une solution de concentration initiale en BM de 10 mg L-1

sont supeacuterieures agrave celles obtenues pour la solution de 40 mg L-1

et ce lagrave quel que soit lrsquoordre

de la reacuteaction ou la concentration en H2O2 en solution Ces valeurs augmentent avec

lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 et passe de 36 10-3

agrave 02879 et de 05 10-3

agrave 0103

pour une les solutions en BM de 10 et 40 mg L-1

respectivement

5- Effet de la concentration en fer

Pour la suite nous eacutetudierons lrsquoeffet de la concentration en Fer sur lrsquoefficaciteacute du traitement

du BM pour deux solutions de concentration 10 et 40 mg L-1

en BM Les essais ont eacuteteacute

reacutealiseacutes en maintenant constante la concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

et en faisant varieacute la

concentration en Fe2+

de 02 agrave 134 mg L-1

correspondant agrave une variation du rapport R =

de 5 agrave 30

Figure 18 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM

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En absence de fer aucune baisse dans la concentration en BM nrsquoest observeacutee Pourtant degraves

lrsquoajout drsquoune faible concentration (02 mg L-1

) entraine une diminution progressive de la

couleur au cours du temps Il est eacutegalement observeacute que quel que soit la concentration initiale

en BM le temps de deacutegradation (td) du colorant est inversement proportionnel agrave la

concentration en Fe2+

en solution En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

td

passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 alors que pour une concentration

de 40 mg L-1

il passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig22)

Figure 19 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer industriel

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction du rapport R

[BM] = 10 mg L

-1 [BM] = 40 mg L

-1

kapp kapp

OR

DR

E

1

par

rapport

agrave B

M 30 00027 00125

15 00061 00321

10 0026 00496

5 02879 0103

Nous remarquons que lrsquoeffet de lrsquoaugmentation de la concentration en Fe2+

en solution sur la

cineacutetique de deacutegradation du BM est beaucoup plus important pour des faibles concentrations

(10 mg L-1

) que pour les fortes concentrations (40 mg L-1

) En effet pour une variation de R de

30 agrave 10 kapp eacutevolue de 27 10-4

min agrave 26 10-2

min soit un facteur 100 pour une concentration

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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en BM de 10 mg L-1

alors qursquoelle eacutevolue de 00125 agrave 005 soit un facteur 4 pour une

concentration en BM de 40 mg L-1

Drsquoapregraves ces reacutesultats on peut conclure drsquoune faccedilon geacuteneacuterale que la preacutesence drsquoune forte

concentration du catalyseur favorise la formation des radicaux OHbull principaux responsable de

la deacutegradation du BM Pourtant il a eacuteteacute montreacute dans plusieurs eacutetudes (Brillas et al 2004

Diagne 2006 Oturan et al 1999) que le Fe2+

ajouteacute agrave forte dose entraine une perte du

rendement du proceacutedeacute puisque le Fe2+

en plus de son rocircle de catalyseur peut jouer un rocircle de

destructeur crsquoest-agrave-dire qursquoil piegravege les OHbull produits

Lrsquoeacutelimination des polluants reacutefractaires est donc tributaire de la preacutesence des ions meacutetallique

sauf qursquoil neacutecessite un apport important en Fe2+

ce qui entraine un coucirct (Bouafia 2010)

Crsquoest pour cette raison que nous avons opteacute pour lrsquoutilisation de la lateacuterite en faisant une

attaque acide afin drsquoextraire le fer pour traiter le BM

II- UTILISATION DE LATERITE

Les eacutechantillons de la lateacuterite choisie se preacutesentent tous sous forme de poudres de couleur

ocre Lrsquoapplication drsquoun proceacutedeacute qui neacutecessite des quantiteacutes preacutecis de fer est un peu difficile

pour un pays dont le taux drsquoalphabeacutetisation est seulement de 218 et un seuil de pauvreteacute

(PIB par habitant est eacutegal agrave 1500 $) En effet lrsquoajout drsquoune forte concentration du catalyseur

dans la solution agrave traiter peut diminuer lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute Fenton Lrsquoanalyse DRX a

montreacute que la lateacuterite existante au Burkina-Faso est riche en fer En effet pour la reacutegion de

Dano le pourcentage en fer atteint 44 en masse alors que pour Koubri il est de 31

La premiegravere question auquel on srsquoeacutetait poseacute est si le fer eacutetait facilement ex tractable ou bien il

neacutecessite une mineacuteralisation preacutealable

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

La figure ci-dessous montre lrsquoallure de lrsquoeffet de lit de lateacuterite de Dano drsquoune part et celui de

Koubri drsquoautre avec ajustement de pH dans une solution du BM de concentration 40 mg L-1

en maintenant ma concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 20 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

Nous observons que la solution du BM en contact avec le lit de Dano se deacutegrade plus vite que

celle en contact avec le lit de lateacuterite de Koubri Cela est ducirc au fait que la lateacuterite de Dano

libegravere plus facilement sa phase ferrique par rapport agrave celle de Koubri

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri)

Dans ce cadre nous avons compareacute lrsquoeffet drsquoun lit de lateacuterite (ajustement du pH) et une lateacuterite

attaqueacutee avec du H2SO4 sur une solution du BM agrave 40 mg L-1

La concentration en H2O2 eacutetant

maintenue agrave 6 mg L-1

(figure 24)

Figure 21 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri

La figure 24 montre que la quantiteacute de colorant deacutegradeacutee deacutecroit plus rapidement dans le cas

de lrsquoattaque acide Ce comportement est ducirc qursquoelle libegravere plus de Fe2+

en solution Le Fe2+

en

contact avec le H2O2 forme les radicaux hydroxyles (OHbull) pour le traitement des polluants

organiques par le proceacutedeacute Fenton

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

[BM] mg

L-1

Dano Koubri

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Rendement

()

4394 9991 364 9685

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Le taux drsquoabattement du BM par lrsquoattaque acide sur la lateacuterite de Dano est de 9991 apregraves

un temps de manipulation de 5 heures alors que celui du lit de lateacuterite (ajustement du pH) est

de 4394 pour le mecircme intervalle de temps

Cette diffeacuterence de rendement entre les lits de deux lateacuterites (Dano 4394 et Koubri

364) est due que la lateacuterite de Dano libegravere plus facilement sa phase ferrique que celle de

Koubri Etant donneacute que les phases ferriques sont les mecircmes pour les deux lateacuterites on

pourrait conclure que la diffeacuterence provient aussi du fait que la lateacuterite de Dano est beaucoup

plus riche en fer Ce qui facilite son extraction et que pour Koubri la phase Anastase en TiO2

pourrait gecircner son extraction

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et

Koubri)

Nous avons compareacute lrsquoefficaciteacute de 3 acides (sulfurique laquoH2SO4raquo chlorhydrique laquoHCl raquo et

nitrique laquoHNO3raquo) pour lrsquoextraction du fer des lateacuterites La concentration de la solution du

BM utiliseacutee est de 40 mg L-1

la concentration en H2O2 est toujours maintenue agrave 6 mg L-1

Figure 22 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri

La figure 25 montre que la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est la plus efficace pour la

deacutecoloration de la solution En effet Pour la lateacuterite de Dano le td est de 40 mn pour le H2SO4

et drsquoune heure (1h) et 1h30 pour le HNO3 et le HCl respectivement Pour celle de Koubri le

td de la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est drsquoune heure (1h) tandis que pour des deux autres

acides HCl et HNO3 les td sont respectivement de deux (2h) et quatre heure (4h)

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri

[BM] mg L-1

Dano Koubri

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Rendement () 9991 9890 9797 9685 9593 9223

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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On peut deacuteduire que lrsquoefficaciteacute de lrsquoattaque acide par le H2SO4 utiliseacute pour extraire le fer de

la lateacuterite est due au caractegravere diacide (H2SO4)

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri)

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig26)

Figure 23 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer extrait de la lateacuterite

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction des attaques acides (Dano et Koubri)

Attaque acide Dano Koubri

kapp

OR

DR

E 1 par

rapport

agrave B

M

HCl 00127 00094

HNO3 00131 00096

H2SO4 00142 00194

Nous remarquons que lrsquoutilisation de la lateacuterite de Dano ne change pas lrsquoordre apparent de la

vitesse de deacutegradation qui reste eacutegale 1 La valeur de kapp varie de 127 10-2

min-1

pour HCl et

142 10-2

min pour H2SO4 ce qui confirme bien le reacutesultat obtenu pour la figure 19

Pour la lateacuterite de Koubri la valeur de kapp varie de 910-3

min-1

pour HCl et 194 10-2

min-1

pour H2SO4

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer

de la lateacuterite (Dano et Koubri)

Sur la figure 27 nous avons superposeacute les reacutesultats obtenus pour la deacutegradation drsquoune solution

de 40 mg L-1

du BM en preacutesence de 6 mg L-1

de H2O2 avec lrsquoajout de Fer extrait de la lateacuterite

de Dano et Koubri drsquoune part et le fer industriel drsquoautre part

Figure 24 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel

Il est montreacute que le taux de deacutegradation obtenu est perceptiblement le mecircme seule reste un

handicap le temps de traitement 20 min pour le fer industriel 40 min pour le fer extrait de la

lateacuterite de Dano et 1h pour celui de Koubri

Le traitement par la lateacuterite de Dano est efficace et preacutesente donc un avantage certains

puisqursquoil permet de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du BM par rapport agrave celui par la lateacuterite de

Koubri qui deacutegrade seulement que 9796

Beaucoup drsquoeacutetudes ont eacuteteacute faites sur lrsquoeacutelimination du bleu de meacutethylegravene En utilisant le

charbon actif commercial CECA40 de granulomeacutetrie infeacuterieure agrave 125 μm Houas et al (1999)

ont eacutelimineacute 93 du BM dans lrsquoeau pour un temps de contact de 5heures Kumar and

Tamilarasan (2013) ont utiliseacute 01g de charbon actif agrave base des graines drsquoacacia pour eacuteliminer

9312 de BM Bennani et al (2010) ont eacutetudieacute lrsquoadsorption BM sur lrsquoargile brute et

purifieacutee Ils ont montreacute que le processus drsquoadsorption est tregraves rapide et que 95 de la quantiteacute

adsorbeacutee est atteinte pendant les dix premiegraveres minutes Talidi (2006) a utiliseacute la pyrophyllite

(argile) il a montreacute que lrsquoadsorption du BM est de lrsquoordre de 7845 6658 et 5471

respectivement pour les concentrations initiales de 75 225 et 374ppm Sassi and Bennour

(2011) ont utiliseacute le traitement biologique par Biosorption du BM par Pseudomonas

Aeruginosa isoleacute agrave partir drsquoune boue de laiterie a montreacute un taux drsquoeacutelimination du BM variant

de 45 agrave 55 aux valeurs de pH = 7 et 8

Nous pouvons dire que le traitement par la lateacuterite a permis de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du

BM par rapport aux eacutetudes faites en utilisant drsquoautres mateacuteriaux et que la lateacuterite recouvre

000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 100 200 300

[BM

] mg

Lˉˡ

temps de traitement (mn)

Attaque acide

(Dano)

Attaque acide

(Koubri)

Fer industriel

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33 du continent mondial ce qui pourrait rendre son utilisation moins chegravere par rapport aux

autres traitements (Fer industriel Charbon actifhellip) puis qursquoon nrsquoa pas fait une eacutetude

eacuteconomique pour voir son cout

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CONCLUSION

Ce travail qui a porteacute sur la deacutegradation du colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute

Fenton en comparant les performances obtenues entre lrsquoutilisation du fer industriel (Fenton

classique) et le fer extrait de la lateacuterite ont montreacute que

Pour lrsquoutilisation du fer industriel la deacutegradation du BM est obtenue agrave une valeur de 3 pour

une variation du rapport des concentrations R de 15 agrave 5 et que lrsquoutilisation du peroxyde (H2O2)

seul ne peut pas deacutegrader le BM car son pouvoir oxydant nrsquoest pas assez suffisant pour

pouvoir deacutegrader le colorant Lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute est donc intimement lieacutee agrave lrsquoexistence de

deux reacuteactifs En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

le temps de deacutecoloration

(td) passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 et pour celle de 40 mg L-1

il

passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R Le traitement du BM par proceacutedeacute

fenton est donc tributaire de lrsquoutilisation de Fe2+

Afin de minimiser le coucirct du traitement et surtout voir lrsquoefficaciteacute du traitement en utilisant la

lateacuterite nous avons essayeacute de remplacer le fer industriel par le fer extrait de la lateacuterite

provenant de deux reacutegions du Burkina-Faso Dano et Koubri

Les reacutesultats obtenus par lrsquoutilisation du fer de la lateacuterite sont inteacuteressants pour des eacutetudes sur

drsquoautres colorants En effet le lit de lateacuterite avec ajustement du pH a permis une deacutegradation du

colorant de 44 pour un temps de traitement de 5h tandis que le traitement par lrsquoattaque acide

lui a deacutegradeacute le BM de pregraves que 100 En effet les taux drsquoabattements pour lrsquoattaque acide de

la lateacuterite de Dano et de Koubri sont respectivement de 99 au bout de 40 min et de 97 pour

une manipulation drsquoenviron 1 h

Cette eacutetude sur la deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en utilisation le fer de la lateacuterite

nous a permis de montrer qursquoil est possible de simplifier de point de vue utilisation et coucirct le

proceacutedeacute Fenton pour les colorants syntheacutetiques drsquoeffluents industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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PERSPECTIVES

En perspectives il serait inteacuteressant

De faire une eacutetude approfondi pour voir le cout du traitement du proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite

Essayer de traiter drsquoautres familles de colorants en utilisant la lateacuterite attaqueacutee par

lrsquoacide pour voir lrsquoefficaciteacute du systegraveme

Appliquer le traitement sur des effluents textiles reacuteels

Imaginer un systegraveme de traitement agrave grand eacutechelle

Essayer le traitement sur drsquoautres polluants reacutecalcitrant PCB pheacutenol pesticides

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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DEDICACE

Ce travail est deacutedieacute agrave

Aux meacutemoires de mon eacutepoux Mr ZOUTENE Mahouli et mon grand-pegravere Mr TIRTOUA

Pierre

Mes tregraves chers parents en teacutemoignage de lrsquoamour du respect et la gratitude que je leur porte

qursquoils trouvent ici le fruit de leurs encouragements et sacrifices

Mes fregraveres Eric Francis et Julien

Mes sœurs Victorine et Elodie

Ma grande megravere

Mes oncles et mes tantes

Mes enseignants

Mes amis (es)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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RESUME

Les effluents industriels issus des activiteacutes textiles preacutesentent souvent une grande charge

polluante difficilement biodeacutegradable qui a des impacts sur lrsquoenvironnement et lrsquoHomme Leur

deacutecontamination par les proceacutedeacutes conventionnels biologiques ou physiques srsquoavegravere souvent

inefficace et neacutecessite par conseacutequent le recours agrave des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee (POA) plus

couteux Le proceacutedeacute fenton est un POA qui permet la deacutegradation (mineacuteralisation) en milieux

aqueux des polluants organiques bio-reacutecalcitrants Dans ce travail nous avons eacutetudieacute la

deacutegradation du colorant bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute fenton Lrsquoutilisation du fer

industriel (proceacutedeacute Fenton classique) a eacuteteacute utiliseacutee comme reacutefeacuterence et des essais de substitution

du fer industriel par le fer extrait de lateacuterites provenant de deux reacutegions du Burkina-Faso ont eacuteteacute

reacutealiseacutes Lrsquoextraction du fer de la lateacuterite a eacuteteacute reacutealiseacutee par une attaque acide avec trois types

drsquoacide lrsquoacide chlorhydrique (HCl) lrsquoacide sulfurique (H2SO4) et lrsquoacide nitrique (HNO3)

Pour le fer industriel plusieurs paramegravetres expeacuterimentaux comme le pH le rapport (R) des

concentrations en peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) et en fer (Fe2+

) (R=

) ont eacuteteacute eacutetudieacutes La

deacutegradation la plus rapide est obtenue agrave un pH = 3 et pour un rapport de concentration R= 5 pour

le fer industriel Pour le fer lateacuteritique la deacutegradation la plus rapide est observeacutee en utilisant

lacide sulfurique Les taux de deacutegradation obtenus sont de 957 au bout de 20 min pour le fer

industriel et de 999 pour le fer extrait de la lateacuterite au bout de 40 mn Lrsquoeacutetude cineacutetique a

montreacute que la reacuteaction de deacutegradation du BM est de pseudo ordre un (1) aussi bien lors de

lrsquoutilisation du fer industriel que du fer extrait de la lateacuterite Lutilisation de la lateacuterite comme une

source de fer largement disponible semble une strateacutegie prometteuse pour limiter les impacts

environnementaux et diminuer le coucirct du proceacutedeacute Fenton (utilisation de mateacuteriaux locaux) le

rendant ainsi plus accessible aux pays en deacuteveloppement

Mots cleacutes Bleu de meacutethylegravene deacutegradation proceacutedeacute fenton lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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ABSTRAT

Industrial effluents from textile activities often have a poorly biodegradable pollutant content

which impacts on the environment and humans Decontamination by conventional biological or

physical processes is often ineffective and therefore requires the use of advanced oxidation

processes (AOPs) more expensive The Fenton process is a POA that allows complete

degradation (mineralization) in aqueous media of bio-reluctant organic pollutants This work

explores the degradation of methylene blue dye (BM) by fenton process The use of industrial

iron (conventional Fenton process) was used as a reference and tests of substitution of industrial

iron by the iron extracted from laterites coming from two areas in Burkina-Faso were performed

The extraction of iron from laterite was performed by acid attack with three types of acid acid

chlorydric (HCl) acid sulphuric (H2SO4) and acid nitric (HNO3) For industrial iron several

experimental parameters such as pH the concentration ratio of H2O2 and iron R (R=

) were

studied The fastest degradation is obtained at pH 3 and for a ratio R = concentration R =5 for

industrial iron For laterite-derive iron the fastest degradation is observed by using the sulphuric

acid Degradation rates of 957 after 20 min and 999 after 40 min were obtained for

industrial iron and iron extracted from laterite respectively Kinetics study demonstrated that the

BM degradation is a pseudo first order reaction in relation to BM concentration for both

industrial iron and laterite-derived iron The use of widely available laterite as an iron source is

promising to both limit the environmental impacts and improve the cost efficiency of the Fenton

process resulting in a greater affordability in developing countries

Keywords Methylene blue degradation Fentonrsquos reagent laterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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REMERCIEMENT

Le travail de recherches qui fait lrsquoobjet de meacutemoire a eacuteteacute reacutealiseacute au Laboratoire Eau Deacutepollution

Ecosystegraveme et Santeacute (LEDES) de 2IE Jrsquoexprime ma profonde gratitude au Directeur de recherche

le Professeur Hamma YACOUBA et au Directeur du LEDES le Docteur Yacouba KONATE pour

mrsquoavoir accueillie au sein de leurs eacutequipes Je tiens agrave remercier toute lrsquoeacutequipe du laboratoire pour

leur disponibiliteacute leur conseil et la confiance qursquoelle mrsquoa teacutemoigneacute en me donnant une liberteacute

drsquoaction dans la reacutealisation de ce travail en particulier Mr HEMA Sohamai

Jrsquoadresse mes vifs remerciements agrave mes deux encadreurs Dr Hela HAROUI et Dr Yohan

RICHARDSON pour avoir suivi ce travail avec un grand inteacuterecirct Ils ont su me donner un esprit

critique un esprit de discernement une rigueur lors de la reacutealisation des essais et analyses au

laboratoire et de ma reacutedaction Leurs attentions inlassables et leurs enthousiasmes de chercheurs

ont instaureacute une ambiance propice au travail et mrsquoont donneacute gout agrave la recherche Qursquoils soient

assureacutes de ma profonde gratitude

Pour finir crsquoest avec beaucoup de plaisir que jrsquoexprime ma sympathie agrave mes camarades de classe

pour leur bonne humeur leur collaboration leur soutien amical et chaleureux

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Table de matiegravere

DEDICACE i

RESUME ii

ABSTRAT iii

REMERCIEMENT iv

TABLE DE MATIERE v

LISTE DES FIGURES vii

LISTE DES TABLEAUX viii

LISTE DES ABREVIATIONS ix

INTRODUCTION GENERALE 1

CHAPITRE I REVUE BIBLIOGRAPHIQUE 4

I- LES COLORANTS (Caracteacuteristiques classification et toxiciteacute) 4

1- Historique des colorants 4

2- Deacutefinition des colorants 4

3- Classification des colorants syntheacutetiques 4

4- Les colorants aziniques (thiazines) 5

5- Toxiciteacute des colorants 5

6- Proprieacuteteacutes physico-chimiques du bleu de meacutethylegravene 5

II- TRAITEMENT DES REJETS TEXTILES 6

1- Geacuteneacuteraliteacutes sur les meacutethodes de traitements 6

A- Meacutethodes biologiques 7

B- Meacutethodes physiques 7

B1- Coagulation-floculation 8

B2- Filtration membranaire 8

B3- Adsorption sur charbon actif et autres mateacuteriaux 8

C- Meacutethodes chimique 9

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation Avanceacutee

(POA) 9

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

) 11

III- LA LATERITE 12

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE 14

I- PRODUITS ET MATERIELS 14

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite) 14

2- Mateacuteriels utiliseacutes 14

II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE 18

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene 18

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible 18

3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM 19

4- Preacuteparation des solutions de fer 20

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton 21

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM 22

CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS 24

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL 24

1- Effet de pH du milieu 24

2- Effet de la concentration en BM 25

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene 26

4- Effet de la concentration du H2O2 27

5- Effet de la concentration en fer 30

II- UTILISATION DE LATERITE 32

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri) 32

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri) 33

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et Koubri) 34

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri) 35

5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer de la lateacuterite

(Dano et Koubri) 36

CONCLUSION 38

PERSPECTIVES 39

REFERENCE BIBLIOGRAPHIQUE - 40 -

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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LISTE DES FIGURES

Figure 1 Bleu de meacutethylegravene et sa structure chimique 6

Figure 2 Forme incolore du bleu de meacutethylegravene 6

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA) 9

Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI) 13

Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM 15

Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano 17

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri 17

Figure 10 Lit de lateacuterite 21

Figure 11 Attaque acide de la lateacuterite 21

Figure 12 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel 21

Figure 13 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite 22

Figure 14 Reacuteaction de pseudo ordre 1 23

Figure 15 Reacuteaction de pseudo ordre 2 23

Figure 16 Effet du pH 24

Figure 17Effet de la concentration du BM 25

Figure 18 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel 26

Figure 20 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2 28

Figure 21 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM 30

Figure 22 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le fer

industriel 31

Figure 23 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri) 33

Figure 24 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri 33

Figure 25 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri 34

Figure 26 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le fer

extrait de la lateacuterite 35

Figure 27 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel 36

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LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique 10

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes 14

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 16

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

17

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene 19

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm) 20

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t =

20 min) 24

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM 25

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM 26

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2 29

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence

de la variation du H2O2 29

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du

BM en fonction du rapport R 31

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite 33

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri 34

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du

BM en fonction des attaques acides (Dano et Koubri) 35

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LISTE DES ABREVIATIONS

A Absorbance de la lumiegravere (nm)

BM Bleu de meacutethylegravene

C Concentration massique ou molaire en soluteacute (mg L-1

ou Mmol L-1

)

C0 Concentration initiale du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

CA Code Article

CCI Chambre de Commerce et drsquoIndustrie

DBO Demande Biologique en Oxygegravene

DCO Demande Chimique en Oxygegravene

ENH Electrode Normal agrave Hydrogegravene

e- Electron

Fe2+

Fer ferreux

Fe3+

Fer ferrique

H2O2 peroxyde drsquohydrogegravene

H2SO4 Acide sulfurique

HCl Acide chlorhydrique

HNO3 Acide nitrique

I Intensiteacute lumineuse traverseacutee

I0 Intensiteacute initiale lumineuse

kapp constante de vitesse apparente

LEDES Laboratoire Eau Deacutepollution Ecosystegraveme et Santeacute

mL Milli litre

min Minute

nm Nanomegravetre

MΩ Meacutega ohm

OHbull Radicaux hydroxyles

POA Proceacutedeacute drsquoOxydation Avanceacutee

V Vitesse cineacutetique de deacutegradation

UV Ultra-violet

microScm Micro-siemens par cm

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λ Longueur drsquoonde (nm)

α Ordre partiel

τ Rendement ou taux de deacutegradation ()

td Temps de deacutecoloration (min)

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INTRODUCTION GENERALE

Quel que soit le deacuteveloppement de la socieacuteteacute lrsquoeau reste un facteur primordial dans toutes les

couches socio-eacuteconomiques Malheureusement lrsquoeau douce disponible pour les humains et

aussi pour le reste de lrsquoeacutecosystegraveme repreacutesente moins de 1 du volume total drsquoeau sur terre et

la qualiteacute de la partie disponible et potentiellement utilisable par lrsquohomme nrsquoest que de 01

et nrsquoa cesseacute de se deacutegrader et parfois dlsquoune maniegravere irreacuteversible Selon lrsquoONG Water Aiumld 34

millions de personnes au Burkina-Faso nrsquoont pas accegraves agrave lrsquoeau potable

Lrsquoindustrie du textile est lrsquoune des industries la plus consommatrice drsquoeau (par exemple pour

teindre quelques 30 milliards de kilo de tissusan il faut consommer 4 milliards de tonnes

drsquoeauan) et geacutenegravere des rejets constitueacutes de moleacutecules organiques reacutecalcitrantes preacutesentant

geacuteneacuteralement des problegravemes de couleur de concentrations eacuteleveacutees de DBO de DCO de

matiegraveres en suspension ainsi que de toxiciteacute et de conductiviteacute eacuteleveacutees Selon la Banque

mondiale lrsquoindustrie textile est responsable de 17 agrave 20 de la pollution de leau dans le

monde En 2009 les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels La production mondiale des colorants est estimeacutee agrave plus de 800000

tonnesan (Mansour et al 2010) Drsquoapregraves la Chambre de Commerce et drsquoIndustrie du Burkina

(CCI) la quantiteacute de colorants importeacutee au Burkina-Faso est de 79 tonnes en 2012

Ces colorants dans lrsquoensemble sont toxiques de par leur composition et leurs modes

drsquoutilisation Ils sont susceptibles drsquoinduire chez lrsquoHomme des dermatoses voire des cancers

de la peau tant pour les personnes travaillant agrave la teinture des fibres textiles que via la

transpiration pour les personnes portant les vecirctements De plus les effluents non traiteacutes de ces

colorants sont responsable apregraves rejets de la deacutegradation de lrsquoenvironnement (des eaux de

surface et souterraines des sols voire de la veacutegeacutetation) Pour remeacutedier agrave tous ces impacts

neacutegatifs un traitement par deacutecoloration de ces effluents srsquoimpose avant tout rejet dans

lrsquoenvironnement

La deacutecoloration des rejets de lrsquoindustrie textile est souvent difficile car les colorants

organiques ne sont pas deacutegradeacutes par voies conventionnels En effet ces produits sont stables

aux agents oxydants aux rayonnements et reacutesistent fortement agrave la digestion aeacuterobie Pour cela

plusieurs types de traitement ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes et testeacutes notamment lrsquoosmose inverse la

preacutecipitationcoagulation des matiegraveres colorantes lrsquoadsorption sur charbon actif la filtration

membranaire (Barclay and Buckley2000) Cependant ces proceacutedeacutes classiques de traitement

ne reacutepondent pas agrave cette attente car ils sont pour la plupart non destructifs et tregraves couteux

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Pour reacutepondre agrave cette faille de nouveaux proceacutedeacutes ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes dont les proceacutedeacutes

drsquooxydation avanceacute (POA) qui sont des proceacutedeacutes de traitement oxydatif subdiviseacutes en quatre

groupes(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon

puisse utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et son

potentiel normal drsquooxydoreacuteduction est de 28VENH (Parsons 2004)

Le proceacutedeacute fenton un des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee est une technologie eacuteprouveacutee et

efficace pour la destruction drsquoun grand nombre de polluant organique Cette technique

consiste agrave initier des reacuteactions de deacutecomposition du peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) par des

sels meacutetalliques en vue de geacuteneacuterer des espegraveces radicalaires (OHbull HO2

bull etc) tregraves reacuteactives

Son inconveacutenient majeur est qursquoil neacutecessite une grande quantiteacute de produits chimiques en

phase homogegravene tels que le fer (Fe2+

) qui geacutenegravere un cout suppleacutementaire et conduit agrave la

geacuteneacuteration de grandes quantiteacutes de boues ou agrave la formation de deacuteriveacutes pour le traitement

Lrsquoobjectif de cet meacutemoire est drsquoeacutetudier la deacutegradation du bleu de meacutethylegravene modegravele de

colorant syntheacutetique textile par le proceacutedeacute fenton en remplaccedilant le fer industriel (Fe3+

Fe2+

)

par le fer extrait de la lateacuterite locale en vue de reacuteduire le cout des traitements des effluents

textiles Si cette expeacuterience au laboratoire donne des reacutesultats satisfaisants elle pourrait ecirctre

extrapoleacutee agrave grande eacutechelle et ecirctre une des solutions pour le traitement de rejets textiles par

des mateacuteriaux locaux en Afrique puisque la lateacuterite recouvre environ 33 de continent

africain et est tregraves abondante au Burkina-Faso

Apregraves une introduction geacuteneacuterale ce meacutemoire sera structureacute en trois (03) chapitres

Le premier chapitre sera consacreacute agrave une eacutetude bibliographique sur les colorants les

meacutethodes de traitements des effluents textiles et la lateacuterite

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Le second chapitre abordera la partie mateacuterielles et meacutethodes Nous deacutecrirons les

protocoles expeacuterimentaux le mateacuteriel et les reacuteactifs employeacutes ainsi que les meacutethodes

expeacuterimentales utiliseacutees

Le troisiegraveme chapitre est consacreacute aux reacutesultats obtenus accompagneacutes drsquoune

discussion afin de comparer nos reacutesultats aux autres eacutetudes faites sur la deacutegradation du

bleu de meacutethylegravene (BM) par drsquoautres mateacuteriaux

Une conclusion geacuteneacuterale ainsi que quelques perspectives seront preacutesenteacutees en fin du

document

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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CHAPITRE I REVUE BIBLIOGRAPHIQUE

I- LES COLORANTS (Caracteacuteristiques classification et toxiciteacute)

1- Historique des colorants

Depuis le deacutebut de lrsquohumaniteacute les colorants appliqueacutes dans pratiquement toutes les activiteacutes

humaines (peinture teinture du papier de la peau et des vecirctements) eacutetaient drsquoorigines naturelles

et veacutegeacutetales Ces colorants sont tous des composeacutes aromatiques qui proviennent essentiellement

des plantes tel que lrsquoalizarine et lrsquoindigo Lrsquoindustrie des colorants syntheacutetiques est neacutee en 1856

quand le chimiste anglais W H Perkin dans une tentative de synthegravese de la quinine artificielle

pour soigner la malaria a obtenu la premiegravere matiegravere colorante syntheacutetique qursquoil appela

mauve (aniline colorant basique) Apregraves la deacutecouverte de la mauve de nouveaux colorants

ont commenceacute agrave paraitre sur le marcheacute (Jaussaud 1993)

Au deacutebut du 20egraveme

siegravecle les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels Selon Mansour et al (2010) la production mondiale des colorants est

estimeacutee agrave plus de 800000 tonnesan

2- Deacutefinition des colorants

Un colorant est une substance coloreacutee qui interagit avec le milieu dans lequel elle est introduite

et le colore en srsquoy dissolvant etou dispersant lui confeacuterant la proprieacuteteacute de teindre Cette

proprieacuteteacute reacutesulte drsquoune affiniteacute particuliegravere entre le colorant et la fibre Selon le type

drsquoapplication et drsquoutilisation les colorants syntheacutetiques doivent reacutepondre agrave un certain nombre

de critegraveres afin de prolonger la dureacutee de vie des produits coloreacutes sur lesquels ils sont appliqueacutes

Ces critegraveres sont la reacutesistance agrave lrsquoabrasion la stabiliteacute photolytique des couleurs la reacutesistance

agrave lrsquooxydation chimique (notamment les deacutetergents) et aux attaques microbiennes(Pagga and

Brown 1986) et (Zawlotzki Guivarch 2004)

3- Classification des colorants syntheacutetiques

Les matiegraveres colorantes se caracteacuterisent par leur capaciteacute agrave absorber les rayonnements lumineux

dans le spectre visible (de 380 agrave 750 nm) La transformation de la lumiegravere blanche en lumiegravere

coloreacutee par reacuteflexion sur un corps ou par transmission ou diffusion reacutesulte de labsorption

seacutelective deacutenergie par certains groupes datomes appeleacutes chromophores la moleacutecule colorante

eacutetant le chromogegravene Dautres groupes datomes du chromogegravene peuvent intensifier ou changer

la couleur due au chromophore ce sont les groupes auxochromes (Barka 2008)

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4- Les colorants aziniques (thiazines)

Les colorants thiazines sont analogues aux colorants oxazines sauf que lrsquoatome de soufre

remplace lrsquoatome drsquooxygegravene dans lrsquoanneau heacuteteacuterocyclique Ces colorants ont un noyau

phenazonium comme chromophore avec des groupes amineacutes en para par rapport au soufre

comme auxochrome Ils ont un intervalle de couleur du vert au bleu et ils sont stables agrave la

lumiegravere Ils sont utiliseacutes dans le domaine du textile meacutedecine pharmacie et biologie

Seulement cinq colorants thiazines sont connus et toujours fabriqueacutes azure A azure B azure C

thionine et bleu de meacutethylegravene

Le colorant thiazine le plus important est le bleu de meacutethylegravene deacutecouvert par Caro en 1876

Colorants doxazines Colorants thiazines

Oxazines

Thiazine

5- Toxiciteacute des colorants

La prise de conscience quant agrave la dangerositeacute de certains colorants a commenceacute vers 1890 ougrave

lrsquoon surveillait essentiellement les teneurs en cuivre en arsenic et en plomb dans les colorants

syntheacutetiques ou mineacuteraux Cependant bien que des toxicologues aient auparavant mis en

eacutevidence chez les animaux le risque de cancer lieacute agrave lrsquoingestion de certains colorants azoiumlques

rouges ce nrsquoest qursquoapregraves la deuxiegraveme (2egraveme

) guerre mondiale que des seacuterieux tests biologiques

ont abouti agrave la remise en cause de la plupart des colorants utiliseacutes Une reacuteglementation plus

exigeante a eacuteteacute instaureacutee en 1960 concernant le test de toxicologique des colorants mis sur le

marcheacute Pour le cas du Burkina-Faso il yrsquoa un deacutecret ndeg2001-185 (article 12) portant

interdiction de rejet dans lrsquoenvironnement de certaines substances canceacuterigegravenes dans

lrsquoenvironnement

6- Proprieacuteteacutes physico-chimiques du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene colorant azinique (thiazine) de la famille basique ou cationique aussi

appeleacute chlorure de bis-(dimethylamino)- 37 phenazathionium est soluble dans lrsquoeau (50 g L-1

) et

moins soluble dans lrsquoalcool (10 g L-1

) Sa formule chimique est C16H18ClN3S une masse molaire

de 319852 g mol-1

se preacutesente sous forme drsquoune poudre cristalline drsquoun bleu fonceacute est un deacuteriveacute

azoteacute (Fig1)

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 1 Bleu de meacutethylegravene et sa structure chimique

Il est couramment utiliseacute comme modegravele de contaminant organique en raison de sa structure

moleacuteculaire stable Dans la reacuteaction de reacuteduction le BM se transforme en leuco meacutethylegravene

incolore due agrave la perte du doublet libre de lrsquoazote et introduction drsquoun atome drsquohydrogegravene

Le BM sous sa forme incolore est

(Eq 1)

bleu de meacutethylegravene chlorure de meacutethylthioninium

S

N

N NCl-

hydroxyde de meacutethylthioninium

S

N

N N HO

Figure 2 Forme incolore du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene est le colorant le plus couramment utiliseacute dans la teinture du coton du bois

et de la soie Il peut provoquer des brucirclures oculaires responsables de blessures permanentes aux

yeux de lrsquohomme et des animaux Son inhalation peut donner lieu agrave des difficulteacutes respiratoires

entrainer des cas drsquoaneacutemie apregraves une absorption prolongeacutee et son ingestion par la bouche produit

une sensation de brucirclure provoque des nauseacutees des vomissements transpiration et sueurs

froides abondantes (Ghosh and Bhattacharyya 2002) Il est aussi est toxique pour les algues et

les petits crustaceacutes agrave partir des concentrations de 01 mg L-1

et 2 mg L-1

respectivement (Ounissa

1996 Meink et al 1997)

Le traitement des rejets industriels contenant ce type de colorant srsquoavegravere drsquoun grand inteacuterecirct

II- TRAITEMENT DES REJETS TEXTILES

1- Geacuteneacuteraliteacutes sur les meacutethodes de traitements

Le traitement des rejets textiles compte tenu de leur heacuteteacuterogeacuteneacuteiteacute de composition conduira

toujours agrave la conception drsquoune chaine de traitement assurant lrsquoeacutelimination des diffeacuterents

polluants par des eacutetapes successives La premiegravere eacutetape consiste agrave eacuteliminer la pollution par

lrsquointermeacutediaire de preacutetraitement (deacutegrillage dessablage deacuteshuilage etc) etou de traitement

physique ou physico-chimique assurant une seacuteparation solide-liquide Drsquoapregraves Barclay and

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Buckley (2000) les techniques de deacutepollution intervenant le plus courant en deuxiegraveme eacutetape

dans les industries se divisent en trois cateacutegories

1- Biologique

Traitement aeacuterobie

Traitement anaeacuterobie

2- Physique

Meacutethode de preacutecipitation (coagulation floculation seacutedimentation)

Adsorption (sur charbon actif)

Osmose inverse filtration sur membrane

3- Chimique

Oxydation (oxygegravene ozone oxydants tels que le H2O2 NaOCl)

Reacuteduction (Na2S2O2)

Meacutethode de complexomeacutetrique

Reacutesine eacutechangeuse drsquoions

A- Meacutethodes biologiques

Lrsquoavanceacutee technologique a permis la conception des systegravemes de traitement biologique

perfectionneacutes en se basant sur lrsquoautoeacutepuration naturelle des eaux Ces proceacutedeacutes biologiques se

font selon deux modes traitements en aeacuterobie (en preacutesence de lrsquooxygegravene) et traitement en

anaeacuterobie (les microorganismes deacutegradent la matiegravere organique en absence de lrsquooxygegravene)

Les proceacutedeacutes drsquoeacutepuration par voie biologique sont baseacutes sur la transformation microbienne des

colorants La plupart des colorants azoiumlques sont tregraves stables et non biodeacutegradables Beaucoup

drsquoeacutetudes ont deacutemontreacute la biodeacutegradation partielle ou complegravete de certains colorants par voie

biologiques (Adnosinda et al 2003) et (Lopez et al 2004) Mecircme si ces techniques sont

adapteacutees agrave un nombre de polluants organiques elles ne sont pas toujours applicables sur les

effluents textiles industriels en raison de fortes concentrations de polluants de leur toxiciteacute qui

entrainent la destruction des microorganismes ou des boues biologiques agrave traiter

B- Meacutethodes physiques

Lorsque les eaux useacutees ne se precirctent pas agrave une deacutepollution par voie biologique (effluent peu ou

pas biodeacutegradable tempeacuterature trop faible valeurs extrecircmes de pH preacutesence de toxiques)

des proceacutedeacutes physico-chimiques classiques permettent de compenser soit en se substituant

totalement agrave lrsquoeacutepuration par voie biologique soit en traitement compleacutementaire On peut citer

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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par exemple la coagulation-floculation suivie drsquoune deacutecantation (clarification) lrsquoadsorption sur

charbon actif lrsquoeacutechange drsquoions ou la filtration membranaire

B1- Coagulation-floculation

Sous le terme de coagulationndashfloculation on entend tous les processus physico-chimiques par

lesquels des particules colloiumldales ou des solides en fine suspension sont transformeacutes par des

floculants chimiques en espegraveces plus visibles et seacuteparables (les flocs) Les flocs formeacutes sont

ensuite seacutepareacutes par deacutecantation et filtration puis eacutevacueacutes Les coagulants inorganiques tels que

lrsquoalun (Al2(SO4)314H2O) donnent les reacutesultats plus que satisfaisants pour la deacutecoloration des

effluents textiles contenant des colorants disperseacutes de cuve et soufreacutes mais sont totalement

inefficaces pour les colorants azoiumlques acides et basiques (Barclay and Buckley 2000) et

(Vendevivere et al 1998) Par ailleurs la coagulationndashfloculation ne peut ecirctre utiliseacutee pour les

colorants fortement solubles dans lrsquoeau comme le cas du BM

Le principal deacutesavantage de cette technique est qursquoelle geacutenegravere une importante quantiteacute de boue

entrainant des investissements suppleacutementaires

B2- Filtration membranaire

Dans ce proceacutedeacute les polluants sont retenus par une membrane semi permeacuteable dont le diamegravetre

des pores est infeacuterieur agrave celui des moleacutecules agrave eacuteliminer Cette technique est largement utiliseacutee

dans le domaine de lrsquoeau potable et le dessalement La filtration sur membrane sous lrsquoeffet

drsquoune pression hydraulique se deacutecline en microfiltration lrsquoultrafiltration la nano filtration et

lrsquoosmose inverse Parmi les quatre types de proceacutedeacutes la nano filtration et lrsquoosmose inverse sont

les plus adapteacutes agrave la reacuteduction partielle de la couleur et des petites moleacutecules organiques

(Taylor and Jacobs 1996) (Calobro et al 1990) En effet la nano filtration srsquoapplique surtout

au traitement des bains de teinture de colorants reacuteactifs en agissant comme un filtre moleacuteculaire

tandis que la microfiltration retient les mateacuteriaux colloiumldaux tels que les colorants disperseacutes ou

de cuve gracircce agrave une laquomembrane eacutecranraquo (Van der Bruggen et al 2003) Lrsquoultrafiltration ne

srsquoapplique qursquoagrave la reacuteduction de DCO et des solides en suspension (Anselme and Jacobs 1996)

et nrsquoest reacuteellement efficace qursquoen combinaison avec la coagulationfloculation

B3- Adsorption sur charbon actif et autres mateacuteriaux

Le polluant est transfeacutereacute de la phase liquide vers la phase solide lors de lrsquoadsorption Le

charbon actif eacutetant consideacutereacute comme lrsquoadsorbant le plus efficace pour la reacuteduction de la

couleur est limiteacute pour lrsquoeacutelimination de certains colorants Seuls les cationiques colorant agrave

mordant disperseacutes ou dits de cuve sont eacutelimineacutes par cette technique (Raghavacharya 1997)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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C- Meacutethodes chimique

Les techniques drsquooxydation chimiques sont geacuteneacuteralement appliqueacutees quand les proceacutedeacutes

biologiques sont inefficaces Elles peuvent ecirctre ainsi utiliseacutees pour les proceacutedeacutes biologiques en

eacutetapes de preacutetraitement afin de diminuer la charge polluante Lrsquooxydation chimique est

eacutegalement appliqueacutee pour le traitement des organiques dangereux preacutesents en faibles

concentrations et des effluents chargeacutes de constituants reacutesistants aux meacutethodes de

biodeacutegradation Le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) le Cl2 et O3 sont les reacuteactifs les plus souvent

utiliseacutes pour ce type de traitement Le H2O2 est un oxydant moyennement fort et son application

pour le traitement des polluants organiques et inorganiques est bien eacutetablie (Neyens et al

2003) Mais lrsquooxydation par H2O2 nrsquoest pas suffisamment efficace pour de fortes concentrations

en colorant Hamada et al (1998) ont proposeacute de traiter les colorants azoiumlques par hypochlorure

de sodium Cependant si la moleacutecule initiale est deacutetruite les halogegravenes sont susceptibles de

former des trihalomeacutethanes comme sous-produits de deacutegradation lesquels sont canceacuterigegravenes

pour lrsquoHomme

Drsquoougrave la neacutecessiteacute drsquoutiliser des produits drsquooxydation encore plus performant comme les

proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutes (POA)

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation

Avanceacutee (POA)

Lrsquoindustrialisation intensive qui a vu le jour au cours du dernier siegravecle a causeacute lrsquoapparition dans

lrsquoenvironnement de polluants eacutemergents reacutefractaires qui sont reconnus canceacuterigegravenes et

mutagegravenes Dans lrsquooptique de limiter la pollution de lrsquoenvironnement des strateacutegies de

traitement efficaces et eacutecologiques ont eacuteteacute deacuteveloppeacutees Parmi ces strateacutegies se trouve

lrsquoapplication des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee (POA) Figure 3

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Il srsquoagit de proceacutedeacutes de traitement oxydatif qui peuvent ecirctre subdiviseacutes en quatre groupes

(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse

utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et reacutepondent aux

critegraveres suivant (Suty et al 2003)

Ne pas induire de pollution secondaire

Non toxique

Non corrosif pour les eacutequipements

Etre le plus rentable possible

Etre relativement le plus simple agrave manipuler

Les OHbull sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse utiliser dans le domaine des

eaux et des effluents industriels avec une vitesse drsquooxydation (109

fois plus eacuteleveacutee) agrave celle de

lrsquoozone et son potentiel drsquooxydation est de 28 VENH (Parsons 2004) Tableau 1

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique

Oxydant Pouvoir oxydant Edeg (VENH)

OHbull 280

Oo 242

O3 207

H2O2 (milieu acide) 178

Cl2 136

O2 123

Plusieurs secteurs ont utiliseacutes ces proceacutedeacutes pour traiter leurs eaux par exemple Parsons (2004)

lrsquoa utiliseacute pour le traitement des eaux de surface et souterraines Martinez-Huitle and Ferro

(2006) lrsquoont utiliseacute pour le traitement des eaux industrielles Hayet (2011) lrsquoa testeacute dans

lrsquoeacutelimination du 4- chloropheacutenol Hsing et al (2007) et Wu and Chang (2006) ont lrsquoutiliseacute pour

deacutecolorer les eaux des industries textiles Bouafia (2010) a utiliseacute le proceacutedeacute drsquooxydation

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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avanceacutee baseacutee sur le reacuteactif de fenton pour deacutegrader les colorants textiles Derradji (2012) a

coupleacute le POA avec un traitement biologique pour le traitement des eaux useacutees industrielles

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

)

Fenton avait deacutecrivit agrave la fin du XIX egraveme

siegravecle que le fer ferreux (Fe2+

) favorisait fortement

lrsquooxydation de lrsquoacide maleacuteique par le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) en milieu acide (Fenton

1894) Des travaux ulteacuterieurs ont montreacute que la combinaison de H2O2 et de Fe2+

nommeacute

laquo Reacuteactif de Fenton raquo eacutetant un oxydant efficace pour une grande varieacuteteacute de substrats

organiques notamment les pheacutenols les pesticides les aromatiques polycycliques et des

colorants en particulier les azoiumlques (Spadaro et al 1994 Benitez et al 2001 De Heredia et

al 2001) Quarante (40) ans plus tard Haber and Weiss (1934) identifiaient le radical

Hydroxyl comme eacutetant lrsquoespegravece oxydante de la reacuteaction preacutesenteacutee ci-dessous et communeacutement

appeleacutee reacuteaction de Fenton

(Eq2)

Le fer ferrique geacuteneacutereacute peut ensuite reacuteagir avec le peroxyde drsquohydrogegravene pour redonner le fer

ferreux

(Eq3)

La vitesse de deacutecomposition de H2O2 par le Fer II augmente lorsque le pH augmente (le 5) car

dans cette gamme de pH la forme preacutedominante Fe(OH) 2+

est beaucoup plus reacuteactive que lrsquoion

Fe2+

(Kuo 1992)

Lrsquoeacutetude de la deacutepollution des effluents textiles coloreacutes par le proceacutedeacute Fenton (systegraveme H2O2

Fe2+

) a eacuteteacute reacuteveacuteleacutee tregraves efficace et plusieurs eacutetudes ont montreacute que le taux de mineacuteralisation des

colorants syntheacutetiques augmente avec lrsquoaugmentation des doses des reacuteactifs et du temps de

reacuteaction Le rapport des reacuteactifs R =

et le rapport

joue aussi un rocircle important

dans la vitesse de deacutegradation de colorants de deacutepart et sur le taux de mineacuteralisation (Kuo

1992)

Le proceacutedeacute Fenton possegravede trois (03) caracteacuteristiques attractives pour le traitement des

composeacutes organiques (Redha 2011)

Les radicaux hydroxyles OHbull produits reacuteagissent tregraves rapidement (10

9 fois plus reacuteactif

que le O3)

Les reacuteactifs sont simples agrave manipuler et sans danger pour lrsquoenvironnement

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Les produits finaux de deacutegradation (H2O CO2 ions mineacuteraux et hydroxydes ferriques)

nrsquointroduisent pas une pollution suppleacutementaire

Le proceacutedeacute de Fenton est composeacute geacuteneacuteralement de quatre eacutetapes principales ajustement du

pH oxydation neutralisation et coagulationpreacutecipitation Pour lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute la

reacuteaction de fenton ne peut se produire qursquoagrave un pH voisin ou eacutegal agrave 3 ce qui reacutesulte un ajout des

solutions acides Au-delagrave des valeurs de pH comprises entre 3 et 4 le fer (Fe2+

ou Fe3+

) est

susceptible de preacutecipiter et former des hydroxydes de fer induisant ainsi une faible activiteacute

catalytique Le milieu doit ecirctre approvisionneacute drsquoune maniegravere continue Ce qui peut alourdir les

couts de traitement

Le proceacutedeacute Fenton est consideacutereacute aujourdrsquohui comme le proceacutedeacute dont sa mise en œuvre est facile

et plus utiliseacute dans le monde pour le traitement drsquoeffluents industriels textiles mais le proceacutedeacute

est limiteacute par le manque de geacuteneacuteration du catalyseur qui neacutecessite geacuteneacuteralement un apport

constat en reacuteactif et qui contraint de ce fait agrave lrsquoapprovisionner en continu le milieu en peroxyde

drsquohydrogegravene (H2O2) tregraves couteux

III- LA LATERITE

Le Burkina-Faso est un pays de lrsquoAfrique occidentale avec une superficie de 274 000 kmsup2 et le

recouvrement lateacuteritique est un caractegravere dominant des paysages peacuteneacuteplaines ou tabulaires qui

caracteacuterisent sa plus grande partie Les lateacuterites se preacutesentent sous forme de plateaux eacutetendus

buttes teacutemoins cuirasses indureacutes etc Lrsquoeacutepaisseur de ces lateacuterites varie selon la nature des

formations sur lesquelles elles se reposent

La lateacuterite (du latin later brique) est une roche rouge ou brun qui se forme par alteacuteration des

roches sous les climats tropicaux Elle est constitueacutee du fer (Limonite ferrihydrite geothite

heacutematite) drsquoaluminium (Gibbsite cliachite boehmite) de titane de manganegravese et de

silicium On la trouve surtout en domaine intertropical et recouvre 33 des continents

Pour lrsquoeacutetude de la deacutegradation du colorant BM nous avons utiliseacute deux types de lateacuterite

provenant lrsquoune de la reacutegion de Koubri dans le Centre et contenant 314 de fer et lrsquoautre dans

la reacutegion Sud-Ouest du Burkina-Faso contenant 447 pour le traitement (Figure 4) Ces

lateacuterites ont eacuteteacute caracteacuteriseacutees au Laboratoire CRISMAT (Centre National de Recherche et de

Technologie Mateacuteriaux ENSI Caen) en France

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI)

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE

Lrsquoutilisation des substances organiques dans lrsquoindustrie sans traitement est la deacutegradation de la

qualiteacute des eaux qui se reacutepercute sur la santeacute de lrsquoecirctre humain Dans ce chapitre nous allons voir

les produits et mateacuteriels ainsi que la meacutethodologie expeacuterimentale utiliseacutes pour la deacutegradation du

colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute Fenton en phase homogegravene en utilisant le fer

industriel puis le fer extrait de la lateacuterite

Nous preacutesentons en premier lieu la technique du dosage du BM et les reacuteactifs utiliseacutes pour la

deacutegradation de notre colorant Nous eacutevoquons les techniques de caracteacuterisation de la lateacuterite par

diffraction des rayons X et analyse quantitative

I- PRODUITS ET MATERIELS

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite)

Pour lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite nous avons utiliseacute

certains reacuteactifs qui sont illustreacutes dans le tableau 2

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes

Produits Fournisseur Qualiteacute

Bleu de meacutethylegravene Fluka 96

Peroxyde drsquohydrogegravene

(H2O2)

Preacutepareacute par

Laboratoires Gilbert (CA 655-

301-3)

9

Acide sulfurique (H2SO4) Sigma-Aldrich (CA 7664-93-9) 95-97

Sulfate ferreux (FeSO4

7H2O

Fluka Chemika (CA44990) 98

Hydroxyde de Sodium

NaOH

Sigma Aldrich 32

Eau ultra-pure ou Milli-Q Polisseur drsquoeau du LEDES 0055 microScm ou 183

2- Mateacuteriels utiliseacutes

Les mateacuteriels utiliseacutes pour les suivis cineacutetiques de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite sont la spectrophotomeacutetrie DR 5000 la lateacuterite et les trois types drsquoacides

lrsquoacide sulfurique lrsquoacide chlorhydrique lrsquoacide nitrique pour lrsquoextraction du fer de la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM

Les eacutechantillons de lateacuterites utiliseacutees lors de ce travail ont eacuteteacute caracteacuteriseacutes au Laboratoire

CRISMAT (Centre National de Recherche Technologique Mateacuteriaux ENSI Caen) en France Ils

proviennent de deux reacutegions du Burkina-Faso (Dano et Koubri) contiennent respectivement 44

7 et 314 de fer et ont eacuteteacute obtenus par les analyses en diffraction des rayons X (DRX) et en

microscopie eacutelectronique agrave balayage (MEB)

Le principe de lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS

Lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS est une analyse quantitative en des points ou zones speacutecifiques dun

eacutechantillon en utilisant la spectromeacutetrie agrave seacutelection deacutenergie (EDS)

Son principe est que par lintermeacutediaire dun canon agrave eacutelectrons un faisceau deacutelectrons est envoyeacute

sur leacutechantillon En contact avec la matiegravere ces eacutelectrons interagissent de diffeacuterentes faccedilons

Le MEB-EDS du laboratoire va permettre dexploiter trois informations distinctes dont deux qui

vont ecirctre traduites en images

-Une image en eacutelectrons secondaires (SE) qui naicirct dune interaction entre les eacutelectrons du

faisceau et les eacutelectrons des couches eacutelectroniques de latome et qui nous donnera une

information topographique de leacutechantillon

- Une image en eacutelectrons reacutetrodiffuseacutes (BSE) qui reacutesulte de linteraction entre les eacutelectrons du

faisceau le noyau et le nuage eacutelectronique de latome et qui permettra de creacuteer une image par

contraste chimique

- Une troisiegraveme information que lon obtient est une analyse eacuteleacutementaire le microscope

eacutelectronique agrave balayage eacutetant coupleacute agrave un deacutetecteur de rayons X agrave dispersion deacutenergie

Le principe de lrsquoanalyse par Diffraction Rayon X (DRX)

La diffraction des rayons X est une technique danalyse fondeacutee comme son nom lrsquoindique sur la

diffraction des rayons X sur la matiegravere La diffraction des rayons X est un pheacutenomegravene

dinterfeacuterence constructive qui se produit quand un faisceau de rayons X (onde

eacutelectromagneacutetique) peacutenegravetre dans un cristal (empilement peacuteriodique datomes) Il peut donc

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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apparaitre quand on place un monocristal un poly-cristal ou une poudre devant une source de

rayons X Lemplacement des faisceaux diffracteacutes nous informe sur la peacuteriodiciteacute du (des) cristal

tandis que lintensiteacute de ces faisceaux nous informe sur la nature et la position des atomes

contenus dans le cristal La position des intensiteacutes diffracteacutees nous renseignera sur la taille de la

maille tandis que lintensiteacute nous permettra de calculer la position des atomes dans la maille

ainsi que leur nature Les proprieacuteteacutes chimiques ou physiques dun mateacuteriau deacutependent de la

position et la nature des atomes du cristal

Les caracteacuteristiques du diffractomegravetre des eacutechantillons de la poudre de lateacuterite analyseacutee sur un

diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 eacutequipeacute drsquoun monochromateur avant et drsquoun deacutetecteur Lynx-

Eye sont rassembleacutees dans le tableau et figures ci-dessous

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Position initiale [deg2Th] 10 0050

Position finale [deg2Th] 99 9910

Taille [deg2Th] 00110

Temps drsquoeacutetape de balayage [s] 1170

Fente de divergence Fixed

Fente de divergence [mm] 2

Tempeacuterature de mesure [degC] 21

Mateacuteriel drsquoanode Cu

K Alpha 1 [Aring] 154060

Geacuteneacuterateur 40 mA 40 kV

Monochromateur de rayon incident Oui

Rotation Non

Ouverture de deacutetecteur [deg] 35

Deacutetecteur de discrimination LL [V] 017

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Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri

Les diffeacuterentes phases des eacutechantillons de lateacuterites par lrsquoanalyse en diffraction RX sont

reacutecapituleacutees sur ce tableau

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

Phase Koubri Dano

-massique -massique

Phase majoritaire Kaolinite 333 36

Quartz 326 161

Deuxiegraveme sous-ensemble de phase Goethite FeO(OH) 211 352

Heacutematite Fe2O3 73 63

Ferrite

(fer-alpha)

3 32

Phase anatase TiO2 27

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II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene

La solution megravere du BM de concentration 1 g L-1

a eacuteteacute preacutepareacutee en mettant les cristaux dans un

litre drsquoeau distilleacutee Les solutions standard pour lrsquoeacutetablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage ont

eacuteteacute obtenues par des dilutions successives jusqursquoaux concentrations deacutesireacutees

Le suivi de lrsquoeacutevolution de la concentration du BM au cours du temps est fait par

spectrophotomeacutetrie UVVisible

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible

La spectrophotomeacutetrie est une technique analytique quantitative qui consiste agrave mesurer

lrsquoabsorbance ou la densiteacute optique drsquoune substance chimique donneacutee en solution La meacutethode

repose sur la loi de Beer-Lambert qui eacutenonce

Lorsqursquoune substance absorbe de la lumiegravere dans le domaine de lrsquoultra-violet et du

visible lrsquoeacutenergie absorbeacutee provoque des perturbations dans la structure eacutelectronique des

atomes ions ou moleacutecules Un ou plusieurs eacutelectrons utilisent cette eacutenergie pour sauter

drsquoun niveau de basse eacutenergie agrave un niveau de plus haute eacutenergie Ces transitions

eacutelectroniques se font dans le domaine de 350 agrave 800nm pour le visible et entre 200 agrave 350

nm pour lrsquoultra-violet

Un milieu homogegravene traverseacute par la lumiegravere absorbe une partie de celle-ci les

diffeacuterentes radiations constituant le faisceau incident sont diffeacuteremment absorbeacutees

suivant leur longueur drsquoonde et les radiations transmisses sont alors caracteacuteristiques du

milieu

Soit un rayon lumineux monochromatique de longueur drsquoonde λ traversant un milieu

homogegravene drsquoeacutepaisseur l Le taux de deacutecroissance de lrsquointensiteacute lumineuse en fonction de

lrsquoeacutepaisseur du milieu absorbant est donneacute par la loi de Lambert

A= log (

) (Eq4)

Avec

I0 intensiteacute initiale de la lumiegravere traverseacutee

I intensiteacute de la lumiegravere transmise

A absorbance

La spectrophotomeacutetrie UVVisible permet de suivre la deacutecoloration des solutions gracircce aux

absorbances qui eacutevoluent en fonction du temps de traitement Elle permet eacutegalement de suivre

lrsquoeacutevolution des ions gracircce agrave leurs diffeacuterents dosages

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM

a- Deacutetermination des longueurs drsquoondes drsquoabsorption maximale

Le spectre drsquoabsorbance du BM a eacuteteacute balayeacute entre 200 et 800 nm afin de suivre quantitativement

sa concentration Les pics de notre colorant sont obtenus agrave 661nm et 291nm (fig 8) Les

diffeacuterentes absorbances ont eacuteteacute deacutetermineacutees et une courbe deacutetalonnage a eacuteteacute traceacutee en utilisant

des solutions standard variant de 0 agrave 8 mg L-1

pour les deux longueurs drsquoondes

Figure 8 Spectre du Bleu de meacutethylegravene

b- Etablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage du BM

La concentration [Fx] des solutions eacutetalon varie de 1 agrave 8 mg L-1

Les volumes agrave preacutelever sont

calculeacutes en appliquant lrsquoeacutequation suivante

(Eq5)

Avec [Fx] - Concentration de lrsquoeacutetalon

Vx - Volume drsquoeacutetalon agrave preacuteparer

[M] - Concentration de la solution megravere

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene

Solution Zero 1 2 3 4 5

Concentration [mgL-1] 0 2 3 4 6 8

Volume neacutecessaire [mL] 0 02 03 04 06 08

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour tracer la courbe drsquoeacutetalonnage nous avons introduit les diffeacuterents volumes dans des fioles de

100 mL ensuite nous avons compleacuteteacute agrave lrsquoeau distilleacutee jusqursquoau trait de jauge On a mis la

spectrophotomeacutetrie en marche et proceacutedeacute agrave la lecture du blanc puis successivement des solutions

eacutetalons

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm)

Solution 0 1 2 3 4 5

Con (mg L-1

) 0 2 3 4 6 8

Absorbance (nm) pour λ = 661 0 085 13 18 23 3

Absorbance (nm) pour λ = 291 0 04 06 09 12 17

Figure 9 Courbe deacutetalonnage (λmax = 661 nm et λmax = 291 nm) variation de labsorbance en

fonction de la concentration du BM

4- Preacuteparation des solutions de fer

a- Solution de fer industriel

Le reacuteactif utiliseacute est le sulfate ferreux ou sulfate de fer (II) drsquoune poudre blanchacirctre agrave lrsquoeacutetat

anhydre dont la formule est FeSO4 7H2O Pour la preacuteparation du Fe2+

de concentration 3 g L-1

nous avons verseacute 3 g du sulfate ferreux anhydre dans une fiole de 1 L contenant 500 mL drsquoeau

milli-Q puis ajouter une (1) goutte drsquoacide sulfurique (H2SO4) concentreacute agrave 98 dans la fiole et

laisser agiter pendant 30 secondes Apregraves compleacuteter jusqursquoau trait de jauge et placer sous

agitation durant 1 h jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune solution de couleur rouge brique

b- Solution de fer de la lateacuterite

Pour la deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite les solutions de la lateacuterite

ont eacuteteacute preacutepareacutees de la maniegravere suivante

Pour le lit de lateacuterite nous avons preacuteleveacute

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

Compleacuteter drsquoeau milli-Q (eau ultra pure) jusqursquoau trait de jauge

y = 03938x

Rsup2 = 09869

0

05

1

15

2

25

3

35

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

661nm

y = 02094x

Rsup2 = 09972

0

02

04

06

08

1

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

291 nm

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Ajuster par la suite le pH de la solution agrave 3 avec lrsquoacide sulfurique (concentreacute agrave

95-97)

Figure 8 Lit de lateacuterite

Pour la lateacuterite attaqueacute par de lrsquoacide concentreacute pour lrsquoextraction du Fer

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

30 m L drsquoacide (HClHNO3H2SO4)

Ajouter avec prudence 20 mL drsquoeau milli-Q pour avoir 50 mL de solution

Preacutelever le surnageant pour le traitement du bleu de meacutethylegravene

Figure 9 Attaque acide de la lateacuterite

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton

Lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM srsquoest faite par trois diffeacuterentes eacutetapes

Une solution du BM est soumise agrave un traitement par proceacutedeacute Fenton en utilisant du H2O2

et le fer industriel (Fe2+

) ajustement du pH agrave 3 (Fig12)

Figure 10 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour la deacutegradation du BM en utilisant la lateacuterite deux eacutetapes ont eacuteteacute imageacutes lrsquoune par

un lit de lateacuterite et lrsquoautre par la lateacuterite attaqueacutee par trois types drsquoacides (Fig13)

Figure 11 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM

Nous avons deacutetermineacute la cineacutetique de deacutecoloration agrave partir des valeurs des absorbances trouveacutees

agrave 661nm La deacutetermination de la constante de vitesse kapp permet de donner un ordre de

grandeur de la vitesse Expeacuterimentalement on peut montrer que la vitesse de reacuteaction bilan du

BM srsquoeacutecrit de la maniegravere suivante

Bleu de meacutethylegravene + OHbull rarr sous-produit du bleu de meacutethylegravene (Eq6)

Pour la cineacutetique drsquoordre 1

V = -

= kapp (Eq7) reacuteaction de pseudo ordre un laquo1 raquo

Avec

V vitesse de deacutegradation catalytique (mg L-1

h-1

)

kapp constante apparente de deacutegradation (min ou h-1

)

[BM] concentration du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

t temps de reacuteaction (h)

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

Ln (

) = kapp t (Eq8)

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Figure 12 Reacuteaction de pseudo ordre 1

Pour la cineacutetique drsquoordre 2

V = -

= kapp (Eq9) reacuteaction de pseudo ordre un laquo2 raquo

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

int

= - int

(Eq10)

(Eq11)

Figure 13 Reacuteaction de pseudo ordre 2

Pour le calcul des rendements ou taux drsquoabattement (τ) agrave lrsquoissu des eacutetudes cineacutetiques de

deacutegradation du BM nous avons utiliseacute cette formule ci-dessous

τ =

(Eq12)

Rsup2 = 09863

-070

-060

-050

-040

-030

-020

-010

000

0 2 4 6 8

ln (C

Co)

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 1

Rsup2 = 09499

0

0005

001

0015

002

0025

003

0 2 4 6 8

1C

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 2

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CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL

Tous les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes agrave tempeacuterature ambiante (25degC) Les concentrations du bleu de

meacutethylegravene choisies pour lrsquoexpeacuterience sont 10 et 40 mg L-1

1- Effet de pH du milieu

Etant donneacute que le proceacutedeacute Fenton est baseacute sur lrsquoeffet catalytique du Fer et plus preacuteciseacutement

du Fe2+

il nous est paru neacutecessaire de commencer lrsquoeacutetude par la deacutetermination du pH

optimale pour le proceacutedeacute Lrsquoajustement du pH du milieu srsquoeffectue agrave lrsquoaide drsquoune solution

drsquoacide sulfurique Ce choix est justifieacute par lrsquoexistence deacutejagrave au sein de la solution des ions

2-

suite agrave lrsquoaddition du Fe2+

sous la forme de FeSO4 7H2O

Les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes avec une concentration en BM de 20 mg L-1

un rapport R = 15

correspondant agrave des concentrations de 6 et 040 mg L-1

en H2O2 et Fe2+

respectivement et

pour des valeurs de pH variant entre 3 et 5 Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacute sur figure 16

Figure 14 Effet du pH

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t = 20

min)

pH Rendement ()

3 96

35 5245

4 6156

5 5509

000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 5 10 15 20

[BM

] m

gL

ˉˡ

temps de deacutegradation (mn)

pH = 3

pH = 35

pH = 4

pH = 5

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Drsquoapregraves le tableau preacutecegravedent nous observons que le pH favorable pour la deacutegradation du BM

par le proceacutedeacute Fenton est pH = 3 avec un taux de deacutegradation de 96 au bout de 20 min

De nombreux travaux sur les proceacutedeacutes Fenton ont montreacute que le pH 3 semble ecirctre la meilleure

valeur pour une deacutegradation optimale des polluants organique ((Tang and Huang 1996 Kuo

and Lo 1999) Pour la suite du travail nous adopterons deacutesormais cette valeur de pH

2- Effet de la concentration en BM

Nous avons traiteacute agrave un pH = 3 et agrave 25degC deux solutions du BM de concentration diffeacuterentes

(10 mg L-1

et 40 mg L-1

) en fixant les concentrations de Fe2+

agrave 134 mg L-1

et celle du H2O2 agrave

6 mg L-1

(figure 17)

Figure 15Effet de la concentration du BM

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM

[BM] mg L-1

Rendement () Temps de

deacutecoloration (min)

10 9738 8

40 9565 14

Nous avons constateacute que la concentration du BM de concentration 10 mg L-1

srsquoest deacutegradeacutee

rapidement et complegravetement avec un temps de deacutecoloration (td) de 8 min tandis que celle de

40 mg L-1

est plus lente avec un td de 14 min Donc plus la solution est concentreacutee plus le

temps de deacutegradation est important

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La cineacutetique de deacutecoloration du colorant BM de concentrations respectives de 10 et

40 mg L-1

obeacuteit agrave la loi cineacutetique de pseudo premier

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM

Solution kapp

BM = 10 mg L-1

028

BM = 40 mg L-1

010

La deacutetermination de la constante apparente de vitesse montre eacutegalement que cette derniegravere

varie en fonction de la concentration en BM En effet la valeur de kapp est deux fois plus

supeacuterieure pour une concentration en BM de 10 mg L-1

que pour celle de 40 mg L-1

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene

Figure 16 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel

Une solution du bleu de meacutethylegravene de concentration 40 mg L-1

est soumise agrave un traitement par

proceacutedeacute Fenton en utilisant 6 mg L-1

de H2O2 et le fer industriel agrave une concentration de 134

mg L-1

Des preacutelegravevements ont eacuteteacute effectueacutes agrave des intervalles reacuteguliers de temps afin de suivre

lrsquoeacutevolution de la deacutegradation par Spectrophotomeacutetrie Lrsquoanalyse spectromeacutetrique des

eacutechantillons est effectueacutee par un balayage du spectre UV-Visible entre 200 et 800 nm (figure

18)

Nous remarquons que plus le temps de traitement est important plus le pic drsquoabsorbance dans

le visible agrave 661 diminue drsquointensiteacute pour srsquoannuler complegravetement agrave partir du 30 min Par

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contre le pic dans le domaine UV agrave 291 il diminue certes drsquointensiteacute mais ne srsquoannule pas

mecircme apregraves 45 min de traitement

Ce reacutesultat nous permet de conclure que le proceacutedeacute Fenton permet une deacutegradation partielle

de la moleacutecule du BM au bout de notre temps de reacuteaction Drsquoapregraves Cao et al (1999) les pics

appartenant aux domaine drsquoUV entre 200 et 260 sont relatives au cycle benzegravene mono ou

poly substitueacute Ceci revient agrave dire que la deacutegradation du BM passe par deux eacutetapes

Deacutegradation du groupement fonctionnel de la moleacutecule du BM (λ = 661 nm) crsquoest agrave

dire que la rupture de lrsquoheacuteteacuterocycle central entraine la perte des conjugaisons des deux

lateacuteraux ce qui explique la deacutecoloration plus ou moins rapide de la solution

La deacutegradation des cycles benzegravene persistant en solution est beaucoup plus lente

puisque lrsquointensiteacute de ce pic (λ = 291 nm) diminue mais ne srsquoannule pas alors que la

solution est claire On peut dire eacutegalement que cette deacutegradation des cycles benzegravene

persistants est due au temps de reacuteaction trop court

4- Effet de la concentration du H2O2

a) En Absence de Fer

En utilisant deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

nous

avons varieacute les concentrations du H2O2 de 1 agrave 6 mg L-1

en absence du fer agrave un pH = 3 et agrave

tempeacuterature ambiante Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacutes sur la figure ci-dessous

Figure 19 Deacutegradation du BM par H2O2 seul

Quel que soit la concentration du BM 10 mg L-1

ou 40 mg L-1

lrsquoeffet du H2O2 sur la

deacutegradation du colorant est pratiquement nulle En effet apregraves un temps arbitraire de 20 min

de traitement on remarque un taux drsquoabattement de 17 pour la concentration en BM de 10

mg L-1

alors qursquoil est nul pour une concentration initiale de 40 mg L-1

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Il est donc clair que le pouvoir oxydant du H2O2 nrsquoest pas assez suffisant pour pouvoir

deacutegrader le BM En effet le H2O2 agrave un pouvoir oxydant de Edeg = 176 VENH par contre

celui drsquoOHbull est de 28 VENH

La mecircme conclusion a eacuteteacute observeacute par Naima (2008) sur lrsquoutilisation du H2O2 seul dans le

traitement des huiles drsquoolive (margines) Le reacutesultat a donneacute que le H2O2 seul pour des valeurs

de concentrations 3 et 20 g L-1

ne peut eacuteliminer totalement la margine de lrsquoeffluents drsquohuilerie

drsquoolive de concentration initiale de 1 g L-1

la moyenne de taux drsquoabattement obtenue ne

deacutepasse pas la valeur de 32 Yameogo (2013) a remarqueacute eacutegalement que lrsquoutilisation du

H2O2 seul nrsquoa eu aucune influence sur la deacutegradation de lrsquoamarante par proceacutedeacute photo-fenton

et heacuteteacuterogegravene avec charbon actif la concentration nrsquoa pas varieacute tout au long du traitement

b) En preacutesence du Fer

Lrsquoefficaciteacute du traitement est donc tributaire de lrsquoexistence de deux entiteacutes H2O2 et Fe2+

En

effet Bach et al (2010) ont utiliseacute le Fe2+

pour traiter lrsquoeau industrielle ils ont trouveacute que le

fer a permis de mineacuteraliser 95 drsquoeacutethylegravene-glycol et 85 de pheacutenol dans une eau industrielle

par proceacutedeacute Fenton Marciel et al (2004) ont remarqueacute que lrsquoapport de sulfate ferreux a

ameacutelioreacute la reacuteduction du COT de 45 agrave 55 lors drsquoune eacutetude drsquooxydation drsquoune solution

pheacutenolique par le proceacutedeacute photo-fenton

Pour la suite Nous avons maintenu la mecircme variation des concentrations en H2O2 (de 1 agrave 6

mg L-1

) mais en additionnant le fer industriel (sulfate ferreux) avec une concentration de 134

mg L-1

pour deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

agrave

tempeacuterature ambiante et agrave un pH eacutegale agrave 3 Ceci revient qursquoen solution le rapport R =

varie de 075 15 25 5 (Figure 20)

Figure 17 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

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Quel que soit la concentration initiale en BM ou en H2O2 lrsquoaddition du fer a entraineacute

lrsquoapparition de la deacutegradation graduelle de la coloration

Plus la concentration en H2O2 est importante plus la vitesse de deacutegradation augmente

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

[BM] mg L-1

10 40

Variation de H2O2 Rendement () Rendement ()

1 6730 5508

2 8522 7029

3 9769 9632

6 9954 9860

La figure 20 montre que taux de deacutecoloration en preacutesence du catalyseur devient plus

important avec lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 Il passe apregraves 60 min de

traitement de 6730 pour une concentration en H2O2 de 1 mg L-1

agrave 9954 pour celle de 6

mg L-1

Ceci est parfaitement preacutevisible puisque lrsquoexistence de lrsquoHydroxyde radicalaire principale

responsable de la deacutegradation est tributaire de la concentration initial en H2O2 (Eq2 sect 11)

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence de

la variation du H2O2

[BM] = 10 mg L-1

[BM] = 40 mg L-1

Ordre de la

reacuteaction k k

075 00036 00005 Ordre 2

15 00092 00007

25 0067 0065 Ordre 1

5 02879 0103

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Nous remarquons que lorsque la concentration en H2O2 augmente lrsquoordre partiel de la reacuteaction

change En effet pour des concentrations en H2O2 lt 3 mg L-1

la reacuteaction de deacutegradation est de

lrsquoordre 2 alors que pour des concentrations plus eacuteleveacutees elle est drsquoordre 1

Nadjette (2009) a montreacute que la deacutegradation du Meacutethyle Orange en preacutesence de dioxyde de

titane (TiO2) suit une cineacutetique drsquoordre 1 Redha (2011) a trouveacute eacutegalement lrsquoordre partiel de

la reacuteaction est eacutegal agrave 1 lors de son eacutetude sur le traitement du Rouge drsquoalizarine S et lrsquoOrange

G par proceacutedeacute drsquooxydation avanceacutee (POA)

Bennani et al (2010) ont eacutelimineacute le bleu de meacutethylegravene en solution aqueuse par lrsquoargile de Safi

(Maroc) Les reacutesultats ont montreacute que le pseudo-second ordre peut deacutecrire le comportement

cineacutetique de lrsquoadsorption du bleu de meacutethylegravene sur lrsquoargile brute et celle purifieacutee Des reacutesultats

similaires ont eacuteteacute observeacutes Gurses et al (2006) et Tsai et al (2007)

Les valeurs de kapp obtenus pour une solution de concentration initiale en BM de 10 mg L-1

sont supeacuterieures agrave celles obtenues pour la solution de 40 mg L-1

et ce lagrave quel que soit lrsquoordre

de la reacuteaction ou la concentration en H2O2 en solution Ces valeurs augmentent avec

lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 et passe de 36 10-3

agrave 02879 et de 05 10-3

agrave 0103

pour une les solutions en BM de 10 et 40 mg L-1

respectivement

5- Effet de la concentration en fer

Pour la suite nous eacutetudierons lrsquoeffet de la concentration en Fer sur lrsquoefficaciteacute du traitement

du BM pour deux solutions de concentration 10 et 40 mg L-1

en BM Les essais ont eacuteteacute

reacutealiseacutes en maintenant constante la concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

et en faisant varieacute la

concentration en Fe2+

de 02 agrave 134 mg L-1

correspondant agrave une variation du rapport R =

de 5 agrave 30

Figure 18 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM

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En absence de fer aucune baisse dans la concentration en BM nrsquoest observeacutee Pourtant degraves

lrsquoajout drsquoune faible concentration (02 mg L-1

) entraine une diminution progressive de la

couleur au cours du temps Il est eacutegalement observeacute que quel que soit la concentration initiale

en BM le temps de deacutegradation (td) du colorant est inversement proportionnel agrave la

concentration en Fe2+

en solution En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

td

passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 alors que pour une concentration

de 40 mg L-1

il passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig22)

Figure 19 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer industriel

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction du rapport R

[BM] = 10 mg L

-1 [BM] = 40 mg L

-1

kapp kapp

OR

DR

E

1

par

rapport

agrave B

M 30 00027 00125

15 00061 00321

10 0026 00496

5 02879 0103

Nous remarquons que lrsquoeffet de lrsquoaugmentation de la concentration en Fe2+

en solution sur la

cineacutetique de deacutegradation du BM est beaucoup plus important pour des faibles concentrations

(10 mg L-1

) que pour les fortes concentrations (40 mg L-1

) En effet pour une variation de R de

30 agrave 10 kapp eacutevolue de 27 10-4

min agrave 26 10-2

min soit un facteur 100 pour une concentration

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en BM de 10 mg L-1

alors qursquoelle eacutevolue de 00125 agrave 005 soit un facteur 4 pour une

concentration en BM de 40 mg L-1

Drsquoapregraves ces reacutesultats on peut conclure drsquoune faccedilon geacuteneacuterale que la preacutesence drsquoune forte

concentration du catalyseur favorise la formation des radicaux OHbull principaux responsable de

la deacutegradation du BM Pourtant il a eacuteteacute montreacute dans plusieurs eacutetudes (Brillas et al 2004

Diagne 2006 Oturan et al 1999) que le Fe2+

ajouteacute agrave forte dose entraine une perte du

rendement du proceacutedeacute puisque le Fe2+

en plus de son rocircle de catalyseur peut jouer un rocircle de

destructeur crsquoest-agrave-dire qursquoil piegravege les OHbull produits

Lrsquoeacutelimination des polluants reacutefractaires est donc tributaire de la preacutesence des ions meacutetallique

sauf qursquoil neacutecessite un apport important en Fe2+

ce qui entraine un coucirct (Bouafia 2010)

Crsquoest pour cette raison que nous avons opteacute pour lrsquoutilisation de la lateacuterite en faisant une

attaque acide afin drsquoextraire le fer pour traiter le BM

II- UTILISATION DE LATERITE

Les eacutechantillons de la lateacuterite choisie se preacutesentent tous sous forme de poudres de couleur

ocre Lrsquoapplication drsquoun proceacutedeacute qui neacutecessite des quantiteacutes preacutecis de fer est un peu difficile

pour un pays dont le taux drsquoalphabeacutetisation est seulement de 218 et un seuil de pauvreteacute

(PIB par habitant est eacutegal agrave 1500 $) En effet lrsquoajout drsquoune forte concentration du catalyseur

dans la solution agrave traiter peut diminuer lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute Fenton Lrsquoanalyse DRX a

montreacute que la lateacuterite existante au Burkina-Faso est riche en fer En effet pour la reacutegion de

Dano le pourcentage en fer atteint 44 en masse alors que pour Koubri il est de 31

La premiegravere question auquel on srsquoeacutetait poseacute est si le fer eacutetait facilement ex tractable ou bien il

neacutecessite une mineacuteralisation preacutealable

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

La figure ci-dessous montre lrsquoallure de lrsquoeffet de lit de lateacuterite de Dano drsquoune part et celui de

Koubri drsquoautre avec ajustement de pH dans une solution du BM de concentration 40 mg L-1

en maintenant ma concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 20 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

Nous observons que la solution du BM en contact avec le lit de Dano se deacutegrade plus vite que

celle en contact avec le lit de lateacuterite de Koubri Cela est ducirc au fait que la lateacuterite de Dano

libegravere plus facilement sa phase ferrique par rapport agrave celle de Koubri

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri)

Dans ce cadre nous avons compareacute lrsquoeffet drsquoun lit de lateacuterite (ajustement du pH) et une lateacuterite

attaqueacutee avec du H2SO4 sur une solution du BM agrave 40 mg L-1

La concentration en H2O2 eacutetant

maintenue agrave 6 mg L-1

(figure 24)

Figure 21 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri

La figure 24 montre que la quantiteacute de colorant deacutegradeacutee deacutecroit plus rapidement dans le cas

de lrsquoattaque acide Ce comportement est ducirc qursquoelle libegravere plus de Fe2+

en solution Le Fe2+

en

contact avec le H2O2 forme les radicaux hydroxyles (OHbull) pour le traitement des polluants

organiques par le proceacutedeacute Fenton

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

[BM] mg

L-1

Dano Koubri

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Rendement

()

4394 9991 364 9685

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Le taux drsquoabattement du BM par lrsquoattaque acide sur la lateacuterite de Dano est de 9991 apregraves

un temps de manipulation de 5 heures alors que celui du lit de lateacuterite (ajustement du pH) est

de 4394 pour le mecircme intervalle de temps

Cette diffeacuterence de rendement entre les lits de deux lateacuterites (Dano 4394 et Koubri

364) est due que la lateacuterite de Dano libegravere plus facilement sa phase ferrique que celle de

Koubri Etant donneacute que les phases ferriques sont les mecircmes pour les deux lateacuterites on

pourrait conclure que la diffeacuterence provient aussi du fait que la lateacuterite de Dano est beaucoup

plus riche en fer Ce qui facilite son extraction et que pour Koubri la phase Anastase en TiO2

pourrait gecircner son extraction

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et

Koubri)

Nous avons compareacute lrsquoefficaciteacute de 3 acides (sulfurique laquoH2SO4raquo chlorhydrique laquoHCl raquo et

nitrique laquoHNO3raquo) pour lrsquoextraction du fer des lateacuterites La concentration de la solution du

BM utiliseacutee est de 40 mg L-1

la concentration en H2O2 est toujours maintenue agrave 6 mg L-1

Figure 22 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri

La figure 25 montre que la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est la plus efficace pour la

deacutecoloration de la solution En effet Pour la lateacuterite de Dano le td est de 40 mn pour le H2SO4

et drsquoune heure (1h) et 1h30 pour le HNO3 et le HCl respectivement Pour celle de Koubri le

td de la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est drsquoune heure (1h) tandis que pour des deux autres

acides HCl et HNO3 les td sont respectivement de deux (2h) et quatre heure (4h)

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri

[BM] mg L-1

Dano Koubri

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Rendement () 9991 9890 9797 9685 9593 9223

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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On peut deacuteduire que lrsquoefficaciteacute de lrsquoattaque acide par le H2SO4 utiliseacute pour extraire le fer de

la lateacuterite est due au caractegravere diacide (H2SO4)

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri)

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig26)

Figure 23 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer extrait de la lateacuterite

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction des attaques acides (Dano et Koubri)

Attaque acide Dano Koubri

kapp

OR

DR

E 1 par

rapport

agrave B

M

HCl 00127 00094

HNO3 00131 00096

H2SO4 00142 00194

Nous remarquons que lrsquoutilisation de la lateacuterite de Dano ne change pas lrsquoordre apparent de la

vitesse de deacutegradation qui reste eacutegale 1 La valeur de kapp varie de 127 10-2

min-1

pour HCl et

142 10-2

min pour H2SO4 ce qui confirme bien le reacutesultat obtenu pour la figure 19

Pour la lateacuterite de Koubri la valeur de kapp varie de 910-3

min-1

pour HCl et 194 10-2

min-1

pour H2SO4

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer

de la lateacuterite (Dano et Koubri)

Sur la figure 27 nous avons superposeacute les reacutesultats obtenus pour la deacutegradation drsquoune solution

de 40 mg L-1

du BM en preacutesence de 6 mg L-1

de H2O2 avec lrsquoajout de Fer extrait de la lateacuterite

de Dano et Koubri drsquoune part et le fer industriel drsquoautre part

Figure 24 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel

Il est montreacute que le taux de deacutegradation obtenu est perceptiblement le mecircme seule reste un

handicap le temps de traitement 20 min pour le fer industriel 40 min pour le fer extrait de la

lateacuterite de Dano et 1h pour celui de Koubri

Le traitement par la lateacuterite de Dano est efficace et preacutesente donc un avantage certains

puisqursquoil permet de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du BM par rapport agrave celui par la lateacuterite de

Koubri qui deacutegrade seulement que 9796

Beaucoup drsquoeacutetudes ont eacuteteacute faites sur lrsquoeacutelimination du bleu de meacutethylegravene En utilisant le

charbon actif commercial CECA40 de granulomeacutetrie infeacuterieure agrave 125 μm Houas et al (1999)

ont eacutelimineacute 93 du BM dans lrsquoeau pour un temps de contact de 5heures Kumar and

Tamilarasan (2013) ont utiliseacute 01g de charbon actif agrave base des graines drsquoacacia pour eacuteliminer

9312 de BM Bennani et al (2010) ont eacutetudieacute lrsquoadsorption BM sur lrsquoargile brute et

purifieacutee Ils ont montreacute que le processus drsquoadsorption est tregraves rapide et que 95 de la quantiteacute

adsorbeacutee est atteinte pendant les dix premiegraveres minutes Talidi (2006) a utiliseacute la pyrophyllite

(argile) il a montreacute que lrsquoadsorption du BM est de lrsquoordre de 7845 6658 et 5471

respectivement pour les concentrations initiales de 75 225 et 374ppm Sassi and Bennour

(2011) ont utiliseacute le traitement biologique par Biosorption du BM par Pseudomonas

Aeruginosa isoleacute agrave partir drsquoune boue de laiterie a montreacute un taux drsquoeacutelimination du BM variant

de 45 agrave 55 aux valeurs de pH = 7 et 8

Nous pouvons dire que le traitement par la lateacuterite a permis de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du

BM par rapport aux eacutetudes faites en utilisant drsquoautres mateacuteriaux et que la lateacuterite recouvre

000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 100 200 300

[BM

] mg

Lˉˡ

temps de traitement (mn)

Attaque acide

(Dano)

Attaque acide

(Koubri)

Fer industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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33 du continent mondial ce qui pourrait rendre son utilisation moins chegravere par rapport aux

autres traitements (Fer industriel Charbon actifhellip) puis qursquoon nrsquoa pas fait une eacutetude

eacuteconomique pour voir son cout

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CONCLUSION

Ce travail qui a porteacute sur la deacutegradation du colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute

Fenton en comparant les performances obtenues entre lrsquoutilisation du fer industriel (Fenton

classique) et le fer extrait de la lateacuterite ont montreacute que

Pour lrsquoutilisation du fer industriel la deacutegradation du BM est obtenue agrave une valeur de 3 pour

une variation du rapport des concentrations R de 15 agrave 5 et que lrsquoutilisation du peroxyde (H2O2)

seul ne peut pas deacutegrader le BM car son pouvoir oxydant nrsquoest pas assez suffisant pour

pouvoir deacutegrader le colorant Lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute est donc intimement lieacutee agrave lrsquoexistence de

deux reacuteactifs En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

le temps de deacutecoloration

(td) passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 et pour celle de 40 mg L-1

il

passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R Le traitement du BM par proceacutedeacute

fenton est donc tributaire de lrsquoutilisation de Fe2+

Afin de minimiser le coucirct du traitement et surtout voir lrsquoefficaciteacute du traitement en utilisant la

lateacuterite nous avons essayeacute de remplacer le fer industriel par le fer extrait de la lateacuterite

provenant de deux reacutegions du Burkina-Faso Dano et Koubri

Les reacutesultats obtenus par lrsquoutilisation du fer de la lateacuterite sont inteacuteressants pour des eacutetudes sur

drsquoautres colorants En effet le lit de lateacuterite avec ajustement du pH a permis une deacutegradation du

colorant de 44 pour un temps de traitement de 5h tandis que le traitement par lrsquoattaque acide

lui a deacutegradeacute le BM de pregraves que 100 En effet les taux drsquoabattements pour lrsquoattaque acide de

la lateacuterite de Dano et de Koubri sont respectivement de 99 au bout de 40 min et de 97 pour

une manipulation drsquoenviron 1 h

Cette eacutetude sur la deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en utilisation le fer de la lateacuterite

nous a permis de montrer qursquoil est possible de simplifier de point de vue utilisation et coucirct le

proceacutedeacute Fenton pour les colorants syntheacutetiques drsquoeffluents industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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PERSPECTIVES

En perspectives il serait inteacuteressant

De faire une eacutetude approfondi pour voir le cout du traitement du proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite

Essayer de traiter drsquoautres familles de colorants en utilisant la lateacuterite attaqueacutee par

lrsquoacide pour voir lrsquoefficaciteacute du systegraveme

Appliquer le traitement sur des effluents textiles reacuteels

Imaginer un systegraveme de traitement agrave grand eacutechelle

Essayer le traitement sur drsquoautres polluants reacutecalcitrant PCB pheacutenol pesticides

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Page 3: Dégradation des effluents textiles (cas d’un colorant

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page ii

RESUME

Les effluents industriels issus des activiteacutes textiles preacutesentent souvent une grande charge

polluante difficilement biodeacutegradable qui a des impacts sur lrsquoenvironnement et lrsquoHomme Leur

deacutecontamination par les proceacutedeacutes conventionnels biologiques ou physiques srsquoavegravere souvent

inefficace et neacutecessite par conseacutequent le recours agrave des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee (POA) plus

couteux Le proceacutedeacute fenton est un POA qui permet la deacutegradation (mineacuteralisation) en milieux

aqueux des polluants organiques bio-reacutecalcitrants Dans ce travail nous avons eacutetudieacute la

deacutegradation du colorant bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute fenton Lrsquoutilisation du fer

industriel (proceacutedeacute Fenton classique) a eacuteteacute utiliseacutee comme reacutefeacuterence et des essais de substitution

du fer industriel par le fer extrait de lateacuterites provenant de deux reacutegions du Burkina-Faso ont eacuteteacute

reacutealiseacutes Lrsquoextraction du fer de la lateacuterite a eacuteteacute reacutealiseacutee par une attaque acide avec trois types

drsquoacide lrsquoacide chlorhydrique (HCl) lrsquoacide sulfurique (H2SO4) et lrsquoacide nitrique (HNO3)

Pour le fer industriel plusieurs paramegravetres expeacuterimentaux comme le pH le rapport (R) des

concentrations en peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) et en fer (Fe2+

) (R=

) ont eacuteteacute eacutetudieacutes La

deacutegradation la plus rapide est obtenue agrave un pH = 3 et pour un rapport de concentration R= 5 pour

le fer industriel Pour le fer lateacuteritique la deacutegradation la plus rapide est observeacutee en utilisant

lacide sulfurique Les taux de deacutegradation obtenus sont de 957 au bout de 20 min pour le fer

industriel et de 999 pour le fer extrait de la lateacuterite au bout de 40 mn Lrsquoeacutetude cineacutetique a

montreacute que la reacuteaction de deacutegradation du BM est de pseudo ordre un (1) aussi bien lors de

lrsquoutilisation du fer industriel que du fer extrait de la lateacuterite Lutilisation de la lateacuterite comme une

source de fer largement disponible semble une strateacutegie prometteuse pour limiter les impacts

environnementaux et diminuer le coucirct du proceacutedeacute Fenton (utilisation de mateacuteriaux locaux) le

rendant ainsi plus accessible aux pays en deacuteveloppement

Mots cleacutes Bleu de meacutethylegravene deacutegradation proceacutedeacute fenton lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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ABSTRAT

Industrial effluents from textile activities often have a poorly biodegradable pollutant content

which impacts on the environment and humans Decontamination by conventional biological or

physical processes is often ineffective and therefore requires the use of advanced oxidation

processes (AOPs) more expensive The Fenton process is a POA that allows complete

degradation (mineralization) in aqueous media of bio-reluctant organic pollutants This work

explores the degradation of methylene blue dye (BM) by fenton process The use of industrial

iron (conventional Fenton process) was used as a reference and tests of substitution of industrial

iron by the iron extracted from laterites coming from two areas in Burkina-Faso were performed

The extraction of iron from laterite was performed by acid attack with three types of acid acid

chlorydric (HCl) acid sulphuric (H2SO4) and acid nitric (HNO3) For industrial iron several

experimental parameters such as pH the concentration ratio of H2O2 and iron R (R=

) were

studied The fastest degradation is obtained at pH 3 and for a ratio R = concentration R =5 for

industrial iron For laterite-derive iron the fastest degradation is observed by using the sulphuric

acid Degradation rates of 957 after 20 min and 999 after 40 min were obtained for

industrial iron and iron extracted from laterite respectively Kinetics study demonstrated that the

BM degradation is a pseudo first order reaction in relation to BM concentration for both

industrial iron and laterite-derived iron The use of widely available laterite as an iron source is

promising to both limit the environmental impacts and improve the cost efficiency of the Fenton

process resulting in a greater affordability in developing countries

Keywords Methylene blue degradation Fentonrsquos reagent laterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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REMERCIEMENT

Le travail de recherches qui fait lrsquoobjet de meacutemoire a eacuteteacute reacutealiseacute au Laboratoire Eau Deacutepollution

Ecosystegraveme et Santeacute (LEDES) de 2IE Jrsquoexprime ma profonde gratitude au Directeur de recherche

le Professeur Hamma YACOUBA et au Directeur du LEDES le Docteur Yacouba KONATE pour

mrsquoavoir accueillie au sein de leurs eacutequipes Je tiens agrave remercier toute lrsquoeacutequipe du laboratoire pour

leur disponibiliteacute leur conseil et la confiance qursquoelle mrsquoa teacutemoigneacute en me donnant une liberteacute

drsquoaction dans la reacutealisation de ce travail en particulier Mr HEMA Sohamai

Jrsquoadresse mes vifs remerciements agrave mes deux encadreurs Dr Hela HAROUI et Dr Yohan

RICHARDSON pour avoir suivi ce travail avec un grand inteacuterecirct Ils ont su me donner un esprit

critique un esprit de discernement une rigueur lors de la reacutealisation des essais et analyses au

laboratoire et de ma reacutedaction Leurs attentions inlassables et leurs enthousiasmes de chercheurs

ont instaureacute une ambiance propice au travail et mrsquoont donneacute gout agrave la recherche Qursquoils soient

assureacutes de ma profonde gratitude

Pour finir crsquoest avec beaucoup de plaisir que jrsquoexprime ma sympathie agrave mes camarades de classe

pour leur bonne humeur leur collaboration leur soutien amical et chaleureux

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Table de matiegravere

DEDICACE i

RESUME ii

ABSTRAT iii

REMERCIEMENT iv

TABLE DE MATIERE v

LISTE DES FIGURES vii

LISTE DES TABLEAUX viii

LISTE DES ABREVIATIONS ix

INTRODUCTION GENERALE 1

CHAPITRE I REVUE BIBLIOGRAPHIQUE 4

I- LES COLORANTS (Caracteacuteristiques classification et toxiciteacute) 4

1- Historique des colorants 4

2- Deacutefinition des colorants 4

3- Classification des colorants syntheacutetiques 4

4- Les colorants aziniques (thiazines) 5

5- Toxiciteacute des colorants 5

6- Proprieacuteteacutes physico-chimiques du bleu de meacutethylegravene 5

II- TRAITEMENT DES REJETS TEXTILES 6

1- Geacuteneacuteraliteacutes sur les meacutethodes de traitements 6

A- Meacutethodes biologiques 7

B- Meacutethodes physiques 7

B1- Coagulation-floculation 8

B2- Filtration membranaire 8

B3- Adsorption sur charbon actif et autres mateacuteriaux 8

C- Meacutethodes chimique 9

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation Avanceacutee

(POA) 9

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

) 11

III- LA LATERITE 12

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE 14

I- PRODUITS ET MATERIELS 14

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite) 14

2- Mateacuteriels utiliseacutes 14

II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE 18

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene 18

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible 18

3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM 19

4- Preacuteparation des solutions de fer 20

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton 21

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM 22

CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS 24

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL 24

1- Effet de pH du milieu 24

2- Effet de la concentration en BM 25

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene 26

4- Effet de la concentration du H2O2 27

5- Effet de la concentration en fer 30

II- UTILISATION DE LATERITE 32

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri) 32

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri) 33

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et Koubri) 34

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri) 35

5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer de la lateacuterite

(Dano et Koubri) 36

CONCLUSION 38

PERSPECTIVES 39

REFERENCE BIBLIOGRAPHIQUE - 40 -

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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LISTE DES FIGURES

Figure 1 Bleu de meacutethylegravene et sa structure chimique 6

Figure 2 Forme incolore du bleu de meacutethylegravene 6

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA) 9

Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI) 13

Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM 15

Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano 17

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri 17

Figure 10 Lit de lateacuterite 21

Figure 11 Attaque acide de la lateacuterite 21

Figure 12 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel 21

Figure 13 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite 22

Figure 14 Reacuteaction de pseudo ordre 1 23

Figure 15 Reacuteaction de pseudo ordre 2 23

Figure 16 Effet du pH 24

Figure 17Effet de la concentration du BM 25

Figure 18 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel 26

Figure 20 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2 28

Figure 21 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM 30

Figure 22 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le fer

industriel 31

Figure 23 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri) 33

Figure 24 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri 33

Figure 25 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri 34

Figure 26 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le fer

extrait de la lateacuterite 35

Figure 27 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel 36

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LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique 10

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes 14

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 16

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

17

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene 19

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm) 20

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t =

20 min) 24

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM 25

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM 26

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2 29

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence

de la variation du H2O2 29

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du

BM en fonction du rapport R 31

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite 33

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri 34

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du

BM en fonction des attaques acides (Dano et Koubri) 35

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LISTE DES ABREVIATIONS

A Absorbance de la lumiegravere (nm)

BM Bleu de meacutethylegravene

C Concentration massique ou molaire en soluteacute (mg L-1

ou Mmol L-1

)

C0 Concentration initiale du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

CA Code Article

CCI Chambre de Commerce et drsquoIndustrie

DBO Demande Biologique en Oxygegravene

DCO Demande Chimique en Oxygegravene

ENH Electrode Normal agrave Hydrogegravene

e- Electron

Fe2+

Fer ferreux

Fe3+

Fer ferrique

H2O2 peroxyde drsquohydrogegravene

H2SO4 Acide sulfurique

HCl Acide chlorhydrique

HNO3 Acide nitrique

I Intensiteacute lumineuse traverseacutee

I0 Intensiteacute initiale lumineuse

kapp constante de vitesse apparente

LEDES Laboratoire Eau Deacutepollution Ecosystegraveme et Santeacute

mL Milli litre

min Minute

nm Nanomegravetre

MΩ Meacutega ohm

OHbull Radicaux hydroxyles

POA Proceacutedeacute drsquoOxydation Avanceacutee

V Vitesse cineacutetique de deacutegradation

UV Ultra-violet

microScm Micro-siemens par cm

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λ Longueur drsquoonde (nm)

α Ordre partiel

τ Rendement ou taux de deacutegradation ()

td Temps de deacutecoloration (min)

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INTRODUCTION GENERALE

Quel que soit le deacuteveloppement de la socieacuteteacute lrsquoeau reste un facteur primordial dans toutes les

couches socio-eacuteconomiques Malheureusement lrsquoeau douce disponible pour les humains et

aussi pour le reste de lrsquoeacutecosystegraveme repreacutesente moins de 1 du volume total drsquoeau sur terre et

la qualiteacute de la partie disponible et potentiellement utilisable par lrsquohomme nrsquoest que de 01

et nrsquoa cesseacute de se deacutegrader et parfois dlsquoune maniegravere irreacuteversible Selon lrsquoONG Water Aiumld 34

millions de personnes au Burkina-Faso nrsquoont pas accegraves agrave lrsquoeau potable

Lrsquoindustrie du textile est lrsquoune des industries la plus consommatrice drsquoeau (par exemple pour

teindre quelques 30 milliards de kilo de tissusan il faut consommer 4 milliards de tonnes

drsquoeauan) et geacutenegravere des rejets constitueacutes de moleacutecules organiques reacutecalcitrantes preacutesentant

geacuteneacuteralement des problegravemes de couleur de concentrations eacuteleveacutees de DBO de DCO de

matiegraveres en suspension ainsi que de toxiciteacute et de conductiviteacute eacuteleveacutees Selon la Banque

mondiale lrsquoindustrie textile est responsable de 17 agrave 20 de la pollution de leau dans le

monde En 2009 les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels La production mondiale des colorants est estimeacutee agrave plus de 800000

tonnesan (Mansour et al 2010) Drsquoapregraves la Chambre de Commerce et drsquoIndustrie du Burkina

(CCI) la quantiteacute de colorants importeacutee au Burkina-Faso est de 79 tonnes en 2012

Ces colorants dans lrsquoensemble sont toxiques de par leur composition et leurs modes

drsquoutilisation Ils sont susceptibles drsquoinduire chez lrsquoHomme des dermatoses voire des cancers

de la peau tant pour les personnes travaillant agrave la teinture des fibres textiles que via la

transpiration pour les personnes portant les vecirctements De plus les effluents non traiteacutes de ces

colorants sont responsable apregraves rejets de la deacutegradation de lrsquoenvironnement (des eaux de

surface et souterraines des sols voire de la veacutegeacutetation) Pour remeacutedier agrave tous ces impacts

neacutegatifs un traitement par deacutecoloration de ces effluents srsquoimpose avant tout rejet dans

lrsquoenvironnement

La deacutecoloration des rejets de lrsquoindustrie textile est souvent difficile car les colorants

organiques ne sont pas deacutegradeacutes par voies conventionnels En effet ces produits sont stables

aux agents oxydants aux rayonnements et reacutesistent fortement agrave la digestion aeacuterobie Pour cela

plusieurs types de traitement ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes et testeacutes notamment lrsquoosmose inverse la

preacutecipitationcoagulation des matiegraveres colorantes lrsquoadsorption sur charbon actif la filtration

membranaire (Barclay and Buckley2000) Cependant ces proceacutedeacutes classiques de traitement

ne reacutepondent pas agrave cette attente car ils sont pour la plupart non destructifs et tregraves couteux

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour reacutepondre agrave cette faille de nouveaux proceacutedeacutes ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes dont les proceacutedeacutes

drsquooxydation avanceacute (POA) qui sont des proceacutedeacutes de traitement oxydatif subdiviseacutes en quatre

groupes(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon

puisse utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et son

potentiel normal drsquooxydoreacuteduction est de 28VENH (Parsons 2004)

Le proceacutedeacute fenton un des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee est une technologie eacuteprouveacutee et

efficace pour la destruction drsquoun grand nombre de polluant organique Cette technique

consiste agrave initier des reacuteactions de deacutecomposition du peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) par des

sels meacutetalliques en vue de geacuteneacuterer des espegraveces radicalaires (OHbull HO2

bull etc) tregraves reacuteactives

Son inconveacutenient majeur est qursquoil neacutecessite une grande quantiteacute de produits chimiques en

phase homogegravene tels que le fer (Fe2+

) qui geacutenegravere un cout suppleacutementaire et conduit agrave la

geacuteneacuteration de grandes quantiteacutes de boues ou agrave la formation de deacuteriveacutes pour le traitement

Lrsquoobjectif de cet meacutemoire est drsquoeacutetudier la deacutegradation du bleu de meacutethylegravene modegravele de

colorant syntheacutetique textile par le proceacutedeacute fenton en remplaccedilant le fer industriel (Fe3+

Fe2+

)

par le fer extrait de la lateacuterite locale en vue de reacuteduire le cout des traitements des effluents

textiles Si cette expeacuterience au laboratoire donne des reacutesultats satisfaisants elle pourrait ecirctre

extrapoleacutee agrave grande eacutechelle et ecirctre une des solutions pour le traitement de rejets textiles par

des mateacuteriaux locaux en Afrique puisque la lateacuterite recouvre environ 33 de continent

africain et est tregraves abondante au Burkina-Faso

Apregraves une introduction geacuteneacuterale ce meacutemoire sera structureacute en trois (03) chapitres

Le premier chapitre sera consacreacute agrave une eacutetude bibliographique sur les colorants les

meacutethodes de traitements des effluents textiles et la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Le second chapitre abordera la partie mateacuterielles et meacutethodes Nous deacutecrirons les

protocoles expeacuterimentaux le mateacuteriel et les reacuteactifs employeacutes ainsi que les meacutethodes

expeacuterimentales utiliseacutees

Le troisiegraveme chapitre est consacreacute aux reacutesultats obtenus accompagneacutes drsquoune

discussion afin de comparer nos reacutesultats aux autres eacutetudes faites sur la deacutegradation du

bleu de meacutethylegravene (BM) par drsquoautres mateacuteriaux

Une conclusion geacuteneacuterale ainsi que quelques perspectives seront preacutesenteacutees en fin du

document

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE I REVUE BIBLIOGRAPHIQUE

I- LES COLORANTS (Caracteacuteristiques classification et toxiciteacute)

1- Historique des colorants

Depuis le deacutebut de lrsquohumaniteacute les colorants appliqueacutes dans pratiquement toutes les activiteacutes

humaines (peinture teinture du papier de la peau et des vecirctements) eacutetaient drsquoorigines naturelles

et veacutegeacutetales Ces colorants sont tous des composeacutes aromatiques qui proviennent essentiellement

des plantes tel que lrsquoalizarine et lrsquoindigo Lrsquoindustrie des colorants syntheacutetiques est neacutee en 1856

quand le chimiste anglais W H Perkin dans une tentative de synthegravese de la quinine artificielle

pour soigner la malaria a obtenu la premiegravere matiegravere colorante syntheacutetique qursquoil appela

mauve (aniline colorant basique) Apregraves la deacutecouverte de la mauve de nouveaux colorants

ont commenceacute agrave paraitre sur le marcheacute (Jaussaud 1993)

Au deacutebut du 20egraveme

siegravecle les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels Selon Mansour et al (2010) la production mondiale des colorants est

estimeacutee agrave plus de 800000 tonnesan

2- Deacutefinition des colorants

Un colorant est une substance coloreacutee qui interagit avec le milieu dans lequel elle est introduite

et le colore en srsquoy dissolvant etou dispersant lui confeacuterant la proprieacuteteacute de teindre Cette

proprieacuteteacute reacutesulte drsquoune affiniteacute particuliegravere entre le colorant et la fibre Selon le type

drsquoapplication et drsquoutilisation les colorants syntheacutetiques doivent reacutepondre agrave un certain nombre

de critegraveres afin de prolonger la dureacutee de vie des produits coloreacutes sur lesquels ils sont appliqueacutes

Ces critegraveres sont la reacutesistance agrave lrsquoabrasion la stabiliteacute photolytique des couleurs la reacutesistance

agrave lrsquooxydation chimique (notamment les deacutetergents) et aux attaques microbiennes(Pagga and

Brown 1986) et (Zawlotzki Guivarch 2004)

3- Classification des colorants syntheacutetiques

Les matiegraveres colorantes se caracteacuterisent par leur capaciteacute agrave absorber les rayonnements lumineux

dans le spectre visible (de 380 agrave 750 nm) La transformation de la lumiegravere blanche en lumiegravere

coloreacutee par reacuteflexion sur un corps ou par transmission ou diffusion reacutesulte de labsorption

seacutelective deacutenergie par certains groupes datomes appeleacutes chromophores la moleacutecule colorante

eacutetant le chromogegravene Dautres groupes datomes du chromogegravene peuvent intensifier ou changer

la couleur due au chromophore ce sont les groupes auxochromes (Barka 2008)

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4- Les colorants aziniques (thiazines)

Les colorants thiazines sont analogues aux colorants oxazines sauf que lrsquoatome de soufre

remplace lrsquoatome drsquooxygegravene dans lrsquoanneau heacuteteacuterocyclique Ces colorants ont un noyau

phenazonium comme chromophore avec des groupes amineacutes en para par rapport au soufre

comme auxochrome Ils ont un intervalle de couleur du vert au bleu et ils sont stables agrave la

lumiegravere Ils sont utiliseacutes dans le domaine du textile meacutedecine pharmacie et biologie

Seulement cinq colorants thiazines sont connus et toujours fabriqueacutes azure A azure B azure C

thionine et bleu de meacutethylegravene

Le colorant thiazine le plus important est le bleu de meacutethylegravene deacutecouvert par Caro en 1876

Colorants doxazines Colorants thiazines

Oxazines

Thiazine

5- Toxiciteacute des colorants

La prise de conscience quant agrave la dangerositeacute de certains colorants a commenceacute vers 1890 ougrave

lrsquoon surveillait essentiellement les teneurs en cuivre en arsenic et en plomb dans les colorants

syntheacutetiques ou mineacuteraux Cependant bien que des toxicologues aient auparavant mis en

eacutevidence chez les animaux le risque de cancer lieacute agrave lrsquoingestion de certains colorants azoiumlques

rouges ce nrsquoest qursquoapregraves la deuxiegraveme (2egraveme

) guerre mondiale que des seacuterieux tests biologiques

ont abouti agrave la remise en cause de la plupart des colorants utiliseacutes Une reacuteglementation plus

exigeante a eacuteteacute instaureacutee en 1960 concernant le test de toxicologique des colorants mis sur le

marcheacute Pour le cas du Burkina-Faso il yrsquoa un deacutecret ndeg2001-185 (article 12) portant

interdiction de rejet dans lrsquoenvironnement de certaines substances canceacuterigegravenes dans

lrsquoenvironnement

6- Proprieacuteteacutes physico-chimiques du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene colorant azinique (thiazine) de la famille basique ou cationique aussi

appeleacute chlorure de bis-(dimethylamino)- 37 phenazathionium est soluble dans lrsquoeau (50 g L-1

) et

moins soluble dans lrsquoalcool (10 g L-1

) Sa formule chimique est C16H18ClN3S une masse molaire

de 319852 g mol-1

se preacutesente sous forme drsquoune poudre cristalline drsquoun bleu fonceacute est un deacuteriveacute

azoteacute (Fig1)

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Figure 1 Bleu de meacutethylegravene et sa structure chimique

Il est couramment utiliseacute comme modegravele de contaminant organique en raison de sa structure

moleacuteculaire stable Dans la reacuteaction de reacuteduction le BM se transforme en leuco meacutethylegravene

incolore due agrave la perte du doublet libre de lrsquoazote et introduction drsquoun atome drsquohydrogegravene

Le BM sous sa forme incolore est

(Eq 1)

bleu de meacutethylegravene chlorure de meacutethylthioninium

S

N

N NCl-

hydroxyde de meacutethylthioninium

S

N

N N HO

Figure 2 Forme incolore du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene est le colorant le plus couramment utiliseacute dans la teinture du coton du bois

et de la soie Il peut provoquer des brucirclures oculaires responsables de blessures permanentes aux

yeux de lrsquohomme et des animaux Son inhalation peut donner lieu agrave des difficulteacutes respiratoires

entrainer des cas drsquoaneacutemie apregraves une absorption prolongeacutee et son ingestion par la bouche produit

une sensation de brucirclure provoque des nauseacutees des vomissements transpiration et sueurs

froides abondantes (Ghosh and Bhattacharyya 2002) Il est aussi est toxique pour les algues et

les petits crustaceacutes agrave partir des concentrations de 01 mg L-1

et 2 mg L-1

respectivement (Ounissa

1996 Meink et al 1997)

Le traitement des rejets industriels contenant ce type de colorant srsquoavegravere drsquoun grand inteacuterecirct

II- TRAITEMENT DES REJETS TEXTILES

1- Geacuteneacuteraliteacutes sur les meacutethodes de traitements

Le traitement des rejets textiles compte tenu de leur heacuteteacuterogeacuteneacuteiteacute de composition conduira

toujours agrave la conception drsquoune chaine de traitement assurant lrsquoeacutelimination des diffeacuterents

polluants par des eacutetapes successives La premiegravere eacutetape consiste agrave eacuteliminer la pollution par

lrsquointermeacutediaire de preacutetraitement (deacutegrillage dessablage deacuteshuilage etc) etou de traitement

physique ou physico-chimique assurant une seacuteparation solide-liquide Drsquoapregraves Barclay and

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Buckley (2000) les techniques de deacutepollution intervenant le plus courant en deuxiegraveme eacutetape

dans les industries se divisent en trois cateacutegories

1- Biologique

Traitement aeacuterobie

Traitement anaeacuterobie

2- Physique

Meacutethode de preacutecipitation (coagulation floculation seacutedimentation)

Adsorption (sur charbon actif)

Osmose inverse filtration sur membrane

3- Chimique

Oxydation (oxygegravene ozone oxydants tels que le H2O2 NaOCl)

Reacuteduction (Na2S2O2)

Meacutethode de complexomeacutetrique

Reacutesine eacutechangeuse drsquoions

A- Meacutethodes biologiques

Lrsquoavanceacutee technologique a permis la conception des systegravemes de traitement biologique

perfectionneacutes en se basant sur lrsquoautoeacutepuration naturelle des eaux Ces proceacutedeacutes biologiques se

font selon deux modes traitements en aeacuterobie (en preacutesence de lrsquooxygegravene) et traitement en

anaeacuterobie (les microorganismes deacutegradent la matiegravere organique en absence de lrsquooxygegravene)

Les proceacutedeacutes drsquoeacutepuration par voie biologique sont baseacutes sur la transformation microbienne des

colorants La plupart des colorants azoiumlques sont tregraves stables et non biodeacutegradables Beaucoup

drsquoeacutetudes ont deacutemontreacute la biodeacutegradation partielle ou complegravete de certains colorants par voie

biologiques (Adnosinda et al 2003) et (Lopez et al 2004) Mecircme si ces techniques sont

adapteacutees agrave un nombre de polluants organiques elles ne sont pas toujours applicables sur les

effluents textiles industriels en raison de fortes concentrations de polluants de leur toxiciteacute qui

entrainent la destruction des microorganismes ou des boues biologiques agrave traiter

B- Meacutethodes physiques

Lorsque les eaux useacutees ne se precirctent pas agrave une deacutepollution par voie biologique (effluent peu ou

pas biodeacutegradable tempeacuterature trop faible valeurs extrecircmes de pH preacutesence de toxiques)

des proceacutedeacutes physico-chimiques classiques permettent de compenser soit en se substituant

totalement agrave lrsquoeacutepuration par voie biologique soit en traitement compleacutementaire On peut citer

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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par exemple la coagulation-floculation suivie drsquoune deacutecantation (clarification) lrsquoadsorption sur

charbon actif lrsquoeacutechange drsquoions ou la filtration membranaire

B1- Coagulation-floculation

Sous le terme de coagulationndashfloculation on entend tous les processus physico-chimiques par

lesquels des particules colloiumldales ou des solides en fine suspension sont transformeacutes par des

floculants chimiques en espegraveces plus visibles et seacuteparables (les flocs) Les flocs formeacutes sont

ensuite seacutepareacutes par deacutecantation et filtration puis eacutevacueacutes Les coagulants inorganiques tels que

lrsquoalun (Al2(SO4)314H2O) donnent les reacutesultats plus que satisfaisants pour la deacutecoloration des

effluents textiles contenant des colorants disperseacutes de cuve et soufreacutes mais sont totalement

inefficaces pour les colorants azoiumlques acides et basiques (Barclay and Buckley 2000) et

(Vendevivere et al 1998) Par ailleurs la coagulationndashfloculation ne peut ecirctre utiliseacutee pour les

colorants fortement solubles dans lrsquoeau comme le cas du BM

Le principal deacutesavantage de cette technique est qursquoelle geacutenegravere une importante quantiteacute de boue

entrainant des investissements suppleacutementaires

B2- Filtration membranaire

Dans ce proceacutedeacute les polluants sont retenus par une membrane semi permeacuteable dont le diamegravetre

des pores est infeacuterieur agrave celui des moleacutecules agrave eacuteliminer Cette technique est largement utiliseacutee

dans le domaine de lrsquoeau potable et le dessalement La filtration sur membrane sous lrsquoeffet

drsquoune pression hydraulique se deacutecline en microfiltration lrsquoultrafiltration la nano filtration et

lrsquoosmose inverse Parmi les quatre types de proceacutedeacutes la nano filtration et lrsquoosmose inverse sont

les plus adapteacutes agrave la reacuteduction partielle de la couleur et des petites moleacutecules organiques

(Taylor and Jacobs 1996) (Calobro et al 1990) En effet la nano filtration srsquoapplique surtout

au traitement des bains de teinture de colorants reacuteactifs en agissant comme un filtre moleacuteculaire

tandis que la microfiltration retient les mateacuteriaux colloiumldaux tels que les colorants disperseacutes ou

de cuve gracircce agrave une laquomembrane eacutecranraquo (Van der Bruggen et al 2003) Lrsquoultrafiltration ne

srsquoapplique qursquoagrave la reacuteduction de DCO et des solides en suspension (Anselme and Jacobs 1996)

et nrsquoest reacuteellement efficace qursquoen combinaison avec la coagulationfloculation

B3- Adsorption sur charbon actif et autres mateacuteriaux

Le polluant est transfeacutereacute de la phase liquide vers la phase solide lors de lrsquoadsorption Le

charbon actif eacutetant consideacutereacute comme lrsquoadsorbant le plus efficace pour la reacuteduction de la

couleur est limiteacute pour lrsquoeacutelimination de certains colorants Seuls les cationiques colorant agrave

mordant disperseacutes ou dits de cuve sont eacutelimineacutes par cette technique (Raghavacharya 1997)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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C- Meacutethodes chimique

Les techniques drsquooxydation chimiques sont geacuteneacuteralement appliqueacutees quand les proceacutedeacutes

biologiques sont inefficaces Elles peuvent ecirctre ainsi utiliseacutees pour les proceacutedeacutes biologiques en

eacutetapes de preacutetraitement afin de diminuer la charge polluante Lrsquooxydation chimique est

eacutegalement appliqueacutee pour le traitement des organiques dangereux preacutesents en faibles

concentrations et des effluents chargeacutes de constituants reacutesistants aux meacutethodes de

biodeacutegradation Le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) le Cl2 et O3 sont les reacuteactifs les plus souvent

utiliseacutes pour ce type de traitement Le H2O2 est un oxydant moyennement fort et son application

pour le traitement des polluants organiques et inorganiques est bien eacutetablie (Neyens et al

2003) Mais lrsquooxydation par H2O2 nrsquoest pas suffisamment efficace pour de fortes concentrations

en colorant Hamada et al (1998) ont proposeacute de traiter les colorants azoiumlques par hypochlorure

de sodium Cependant si la moleacutecule initiale est deacutetruite les halogegravenes sont susceptibles de

former des trihalomeacutethanes comme sous-produits de deacutegradation lesquels sont canceacuterigegravenes

pour lrsquoHomme

Drsquoougrave la neacutecessiteacute drsquoutiliser des produits drsquooxydation encore plus performant comme les

proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutes (POA)

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation

Avanceacutee (POA)

Lrsquoindustrialisation intensive qui a vu le jour au cours du dernier siegravecle a causeacute lrsquoapparition dans

lrsquoenvironnement de polluants eacutemergents reacutefractaires qui sont reconnus canceacuterigegravenes et

mutagegravenes Dans lrsquooptique de limiter la pollution de lrsquoenvironnement des strateacutegies de

traitement efficaces et eacutecologiques ont eacuteteacute deacuteveloppeacutees Parmi ces strateacutegies se trouve

lrsquoapplication des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee (POA) Figure 3

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Il srsquoagit de proceacutedeacutes de traitement oxydatif qui peuvent ecirctre subdiviseacutes en quatre groupes

(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse

utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et reacutepondent aux

critegraveres suivant (Suty et al 2003)

Ne pas induire de pollution secondaire

Non toxique

Non corrosif pour les eacutequipements

Etre le plus rentable possible

Etre relativement le plus simple agrave manipuler

Les OHbull sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse utiliser dans le domaine des

eaux et des effluents industriels avec une vitesse drsquooxydation (109

fois plus eacuteleveacutee) agrave celle de

lrsquoozone et son potentiel drsquooxydation est de 28 VENH (Parsons 2004) Tableau 1

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique

Oxydant Pouvoir oxydant Edeg (VENH)

OHbull 280

Oo 242

O3 207

H2O2 (milieu acide) 178

Cl2 136

O2 123

Plusieurs secteurs ont utiliseacutes ces proceacutedeacutes pour traiter leurs eaux par exemple Parsons (2004)

lrsquoa utiliseacute pour le traitement des eaux de surface et souterraines Martinez-Huitle and Ferro

(2006) lrsquoont utiliseacute pour le traitement des eaux industrielles Hayet (2011) lrsquoa testeacute dans

lrsquoeacutelimination du 4- chloropheacutenol Hsing et al (2007) et Wu and Chang (2006) ont lrsquoutiliseacute pour

deacutecolorer les eaux des industries textiles Bouafia (2010) a utiliseacute le proceacutedeacute drsquooxydation

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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avanceacutee baseacutee sur le reacuteactif de fenton pour deacutegrader les colorants textiles Derradji (2012) a

coupleacute le POA avec un traitement biologique pour le traitement des eaux useacutees industrielles

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

)

Fenton avait deacutecrivit agrave la fin du XIX egraveme

siegravecle que le fer ferreux (Fe2+

) favorisait fortement

lrsquooxydation de lrsquoacide maleacuteique par le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) en milieu acide (Fenton

1894) Des travaux ulteacuterieurs ont montreacute que la combinaison de H2O2 et de Fe2+

nommeacute

laquo Reacuteactif de Fenton raquo eacutetant un oxydant efficace pour une grande varieacuteteacute de substrats

organiques notamment les pheacutenols les pesticides les aromatiques polycycliques et des

colorants en particulier les azoiumlques (Spadaro et al 1994 Benitez et al 2001 De Heredia et

al 2001) Quarante (40) ans plus tard Haber and Weiss (1934) identifiaient le radical

Hydroxyl comme eacutetant lrsquoespegravece oxydante de la reacuteaction preacutesenteacutee ci-dessous et communeacutement

appeleacutee reacuteaction de Fenton

(Eq2)

Le fer ferrique geacuteneacutereacute peut ensuite reacuteagir avec le peroxyde drsquohydrogegravene pour redonner le fer

ferreux

(Eq3)

La vitesse de deacutecomposition de H2O2 par le Fer II augmente lorsque le pH augmente (le 5) car

dans cette gamme de pH la forme preacutedominante Fe(OH) 2+

est beaucoup plus reacuteactive que lrsquoion

Fe2+

(Kuo 1992)

Lrsquoeacutetude de la deacutepollution des effluents textiles coloreacutes par le proceacutedeacute Fenton (systegraveme H2O2

Fe2+

) a eacuteteacute reacuteveacuteleacutee tregraves efficace et plusieurs eacutetudes ont montreacute que le taux de mineacuteralisation des

colorants syntheacutetiques augmente avec lrsquoaugmentation des doses des reacuteactifs et du temps de

reacuteaction Le rapport des reacuteactifs R =

et le rapport

joue aussi un rocircle important

dans la vitesse de deacutegradation de colorants de deacutepart et sur le taux de mineacuteralisation (Kuo

1992)

Le proceacutedeacute Fenton possegravede trois (03) caracteacuteristiques attractives pour le traitement des

composeacutes organiques (Redha 2011)

Les radicaux hydroxyles OHbull produits reacuteagissent tregraves rapidement (10

9 fois plus reacuteactif

que le O3)

Les reacuteactifs sont simples agrave manipuler et sans danger pour lrsquoenvironnement

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Les produits finaux de deacutegradation (H2O CO2 ions mineacuteraux et hydroxydes ferriques)

nrsquointroduisent pas une pollution suppleacutementaire

Le proceacutedeacute de Fenton est composeacute geacuteneacuteralement de quatre eacutetapes principales ajustement du

pH oxydation neutralisation et coagulationpreacutecipitation Pour lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute la

reacuteaction de fenton ne peut se produire qursquoagrave un pH voisin ou eacutegal agrave 3 ce qui reacutesulte un ajout des

solutions acides Au-delagrave des valeurs de pH comprises entre 3 et 4 le fer (Fe2+

ou Fe3+

) est

susceptible de preacutecipiter et former des hydroxydes de fer induisant ainsi une faible activiteacute

catalytique Le milieu doit ecirctre approvisionneacute drsquoune maniegravere continue Ce qui peut alourdir les

couts de traitement

Le proceacutedeacute Fenton est consideacutereacute aujourdrsquohui comme le proceacutedeacute dont sa mise en œuvre est facile

et plus utiliseacute dans le monde pour le traitement drsquoeffluents industriels textiles mais le proceacutedeacute

est limiteacute par le manque de geacuteneacuteration du catalyseur qui neacutecessite geacuteneacuteralement un apport

constat en reacuteactif et qui contraint de ce fait agrave lrsquoapprovisionner en continu le milieu en peroxyde

drsquohydrogegravene (H2O2) tregraves couteux

III- LA LATERITE

Le Burkina-Faso est un pays de lrsquoAfrique occidentale avec une superficie de 274 000 kmsup2 et le

recouvrement lateacuteritique est un caractegravere dominant des paysages peacuteneacuteplaines ou tabulaires qui

caracteacuterisent sa plus grande partie Les lateacuterites se preacutesentent sous forme de plateaux eacutetendus

buttes teacutemoins cuirasses indureacutes etc Lrsquoeacutepaisseur de ces lateacuterites varie selon la nature des

formations sur lesquelles elles se reposent

La lateacuterite (du latin later brique) est une roche rouge ou brun qui se forme par alteacuteration des

roches sous les climats tropicaux Elle est constitueacutee du fer (Limonite ferrihydrite geothite

heacutematite) drsquoaluminium (Gibbsite cliachite boehmite) de titane de manganegravese et de

silicium On la trouve surtout en domaine intertropical et recouvre 33 des continents

Pour lrsquoeacutetude de la deacutegradation du colorant BM nous avons utiliseacute deux types de lateacuterite

provenant lrsquoune de la reacutegion de Koubri dans le Centre et contenant 314 de fer et lrsquoautre dans

la reacutegion Sud-Ouest du Burkina-Faso contenant 447 pour le traitement (Figure 4) Ces

lateacuterites ont eacuteteacute caracteacuteriseacutees au Laboratoire CRISMAT (Centre National de Recherche et de

Technologie Mateacuteriaux ENSI Caen) en France

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE

Lrsquoutilisation des substances organiques dans lrsquoindustrie sans traitement est la deacutegradation de la

qualiteacute des eaux qui se reacutepercute sur la santeacute de lrsquoecirctre humain Dans ce chapitre nous allons voir

les produits et mateacuteriels ainsi que la meacutethodologie expeacuterimentale utiliseacutes pour la deacutegradation du

colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute Fenton en phase homogegravene en utilisant le fer

industriel puis le fer extrait de la lateacuterite

Nous preacutesentons en premier lieu la technique du dosage du BM et les reacuteactifs utiliseacutes pour la

deacutegradation de notre colorant Nous eacutevoquons les techniques de caracteacuterisation de la lateacuterite par

diffraction des rayons X et analyse quantitative

I- PRODUITS ET MATERIELS

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite)

Pour lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite nous avons utiliseacute

certains reacuteactifs qui sont illustreacutes dans le tableau 2

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes

Produits Fournisseur Qualiteacute

Bleu de meacutethylegravene Fluka 96

Peroxyde drsquohydrogegravene

(H2O2)

Preacutepareacute par

Laboratoires Gilbert (CA 655-

301-3)

9

Acide sulfurique (H2SO4) Sigma-Aldrich (CA 7664-93-9) 95-97

Sulfate ferreux (FeSO4

7H2O

Fluka Chemika (CA44990) 98

Hydroxyde de Sodium

NaOH

Sigma Aldrich 32

Eau ultra-pure ou Milli-Q Polisseur drsquoeau du LEDES 0055 microScm ou 183

2- Mateacuteriels utiliseacutes

Les mateacuteriels utiliseacutes pour les suivis cineacutetiques de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite sont la spectrophotomeacutetrie DR 5000 la lateacuterite et les trois types drsquoacides

lrsquoacide sulfurique lrsquoacide chlorhydrique lrsquoacide nitrique pour lrsquoextraction du fer de la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM

Les eacutechantillons de lateacuterites utiliseacutees lors de ce travail ont eacuteteacute caracteacuteriseacutes au Laboratoire

CRISMAT (Centre National de Recherche Technologique Mateacuteriaux ENSI Caen) en France Ils

proviennent de deux reacutegions du Burkina-Faso (Dano et Koubri) contiennent respectivement 44

7 et 314 de fer et ont eacuteteacute obtenus par les analyses en diffraction des rayons X (DRX) et en

microscopie eacutelectronique agrave balayage (MEB)

Le principe de lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS

Lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS est une analyse quantitative en des points ou zones speacutecifiques dun

eacutechantillon en utilisant la spectromeacutetrie agrave seacutelection deacutenergie (EDS)

Son principe est que par lintermeacutediaire dun canon agrave eacutelectrons un faisceau deacutelectrons est envoyeacute

sur leacutechantillon En contact avec la matiegravere ces eacutelectrons interagissent de diffeacuterentes faccedilons

Le MEB-EDS du laboratoire va permettre dexploiter trois informations distinctes dont deux qui

vont ecirctre traduites en images

-Une image en eacutelectrons secondaires (SE) qui naicirct dune interaction entre les eacutelectrons du

faisceau et les eacutelectrons des couches eacutelectroniques de latome et qui nous donnera une

information topographique de leacutechantillon

- Une image en eacutelectrons reacutetrodiffuseacutes (BSE) qui reacutesulte de linteraction entre les eacutelectrons du

faisceau le noyau et le nuage eacutelectronique de latome et qui permettra de creacuteer une image par

contraste chimique

- Une troisiegraveme information que lon obtient est une analyse eacuteleacutementaire le microscope

eacutelectronique agrave balayage eacutetant coupleacute agrave un deacutetecteur de rayons X agrave dispersion deacutenergie

Le principe de lrsquoanalyse par Diffraction Rayon X (DRX)

La diffraction des rayons X est une technique danalyse fondeacutee comme son nom lrsquoindique sur la

diffraction des rayons X sur la matiegravere La diffraction des rayons X est un pheacutenomegravene

dinterfeacuterence constructive qui se produit quand un faisceau de rayons X (onde

eacutelectromagneacutetique) peacutenegravetre dans un cristal (empilement peacuteriodique datomes) Il peut donc

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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apparaitre quand on place un monocristal un poly-cristal ou une poudre devant une source de

rayons X Lemplacement des faisceaux diffracteacutes nous informe sur la peacuteriodiciteacute du (des) cristal

tandis que lintensiteacute de ces faisceaux nous informe sur la nature et la position des atomes

contenus dans le cristal La position des intensiteacutes diffracteacutees nous renseignera sur la taille de la

maille tandis que lintensiteacute nous permettra de calculer la position des atomes dans la maille

ainsi que leur nature Les proprieacuteteacutes chimiques ou physiques dun mateacuteriau deacutependent de la

position et la nature des atomes du cristal

Les caracteacuteristiques du diffractomegravetre des eacutechantillons de la poudre de lateacuterite analyseacutee sur un

diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 eacutequipeacute drsquoun monochromateur avant et drsquoun deacutetecteur Lynx-

Eye sont rassembleacutees dans le tableau et figures ci-dessous

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Position initiale [deg2Th] 10 0050

Position finale [deg2Th] 99 9910

Taille [deg2Th] 00110

Temps drsquoeacutetape de balayage [s] 1170

Fente de divergence Fixed

Fente de divergence [mm] 2

Tempeacuterature de mesure [degC] 21

Mateacuteriel drsquoanode Cu

K Alpha 1 [Aring] 154060

Geacuteneacuterateur 40 mA 40 kV

Monochromateur de rayon incident Oui

Rotation Non

Ouverture de deacutetecteur [deg] 35

Deacutetecteur de discrimination LL [V] 017

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Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri

Les diffeacuterentes phases des eacutechantillons de lateacuterites par lrsquoanalyse en diffraction RX sont

reacutecapituleacutees sur ce tableau

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

Phase Koubri Dano

-massique -massique

Phase majoritaire Kaolinite 333 36

Quartz 326 161

Deuxiegraveme sous-ensemble de phase Goethite FeO(OH) 211 352

Heacutematite Fe2O3 73 63

Ferrite

(fer-alpha)

3 32

Phase anatase TiO2 27

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II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene

La solution megravere du BM de concentration 1 g L-1

a eacuteteacute preacutepareacutee en mettant les cristaux dans un

litre drsquoeau distilleacutee Les solutions standard pour lrsquoeacutetablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage ont

eacuteteacute obtenues par des dilutions successives jusqursquoaux concentrations deacutesireacutees

Le suivi de lrsquoeacutevolution de la concentration du BM au cours du temps est fait par

spectrophotomeacutetrie UVVisible

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible

La spectrophotomeacutetrie est une technique analytique quantitative qui consiste agrave mesurer

lrsquoabsorbance ou la densiteacute optique drsquoune substance chimique donneacutee en solution La meacutethode

repose sur la loi de Beer-Lambert qui eacutenonce

Lorsqursquoune substance absorbe de la lumiegravere dans le domaine de lrsquoultra-violet et du

visible lrsquoeacutenergie absorbeacutee provoque des perturbations dans la structure eacutelectronique des

atomes ions ou moleacutecules Un ou plusieurs eacutelectrons utilisent cette eacutenergie pour sauter

drsquoun niveau de basse eacutenergie agrave un niveau de plus haute eacutenergie Ces transitions

eacutelectroniques se font dans le domaine de 350 agrave 800nm pour le visible et entre 200 agrave 350

nm pour lrsquoultra-violet

Un milieu homogegravene traverseacute par la lumiegravere absorbe une partie de celle-ci les

diffeacuterentes radiations constituant le faisceau incident sont diffeacuteremment absorbeacutees

suivant leur longueur drsquoonde et les radiations transmisses sont alors caracteacuteristiques du

milieu

Soit un rayon lumineux monochromatique de longueur drsquoonde λ traversant un milieu

homogegravene drsquoeacutepaisseur l Le taux de deacutecroissance de lrsquointensiteacute lumineuse en fonction de

lrsquoeacutepaisseur du milieu absorbant est donneacute par la loi de Lambert

A= log (

) (Eq4)

Avec

I0 intensiteacute initiale de la lumiegravere traverseacutee

I intensiteacute de la lumiegravere transmise

A absorbance

La spectrophotomeacutetrie UVVisible permet de suivre la deacutecoloration des solutions gracircce aux

absorbances qui eacutevoluent en fonction du temps de traitement Elle permet eacutegalement de suivre

lrsquoeacutevolution des ions gracircce agrave leurs diffeacuterents dosages

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3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM

a- Deacutetermination des longueurs drsquoondes drsquoabsorption maximale

Le spectre drsquoabsorbance du BM a eacuteteacute balayeacute entre 200 et 800 nm afin de suivre quantitativement

sa concentration Les pics de notre colorant sont obtenus agrave 661nm et 291nm (fig 8) Les

diffeacuterentes absorbances ont eacuteteacute deacutetermineacutees et une courbe deacutetalonnage a eacuteteacute traceacutee en utilisant

des solutions standard variant de 0 agrave 8 mg L-1

pour les deux longueurs drsquoondes

Figure 8 Spectre du Bleu de meacutethylegravene

b- Etablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage du BM

La concentration [Fx] des solutions eacutetalon varie de 1 agrave 8 mg L-1

Les volumes agrave preacutelever sont

calculeacutes en appliquant lrsquoeacutequation suivante

(Eq5)

Avec [Fx] - Concentration de lrsquoeacutetalon

Vx - Volume drsquoeacutetalon agrave preacuteparer

[M] - Concentration de la solution megravere

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene

Solution Zero 1 2 3 4 5

Concentration [mgL-1] 0 2 3 4 6 8

Volume neacutecessaire [mL] 0 02 03 04 06 08

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour tracer la courbe drsquoeacutetalonnage nous avons introduit les diffeacuterents volumes dans des fioles de

100 mL ensuite nous avons compleacuteteacute agrave lrsquoeau distilleacutee jusqursquoau trait de jauge On a mis la

spectrophotomeacutetrie en marche et proceacutedeacute agrave la lecture du blanc puis successivement des solutions

eacutetalons

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm)

Solution 0 1 2 3 4 5

Con (mg L-1

) 0 2 3 4 6 8

Absorbance (nm) pour λ = 661 0 085 13 18 23 3

Absorbance (nm) pour λ = 291 0 04 06 09 12 17

Figure 9 Courbe deacutetalonnage (λmax = 661 nm et λmax = 291 nm) variation de labsorbance en

fonction de la concentration du BM

4- Preacuteparation des solutions de fer

a- Solution de fer industriel

Le reacuteactif utiliseacute est le sulfate ferreux ou sulfate de fer (II) drsquoune poudre blanchacirctre agrave lrsquoeacutetat

anhydre dont la formule est FeSO4 7H2O Pour la preacuteparation du Fe2+

de concentration 3 g L-1

nous avons verseacute 3 g du sulfate ferreux anhydre dans une fiole de 1 L contenant 500 mL drsquoeau

milli-Q puis ajouter une (1) goutte drsquoacide sulfurique (H2SO4) concentreacute agrave 98 dans la fiole et

laisser agiter pendant 30 secondes Apregraves compleacuteter jusqursquoau trait de jauge et placer sous

agitation durant 1 h jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune solution de couleur rouge brique

b- Solution de fer de la lateacuterite

Pour la deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite les solutions de la lateacuterite

ont eacuteteacute preacutepareacutees de la maniegravere suivante

Pour le lit de lateacuterite nous avons preacuteleveacute

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

Compleacuteter drsquoeau milli-Q (eau ultra pure) jusqursquoau trait de jauge

y = 03938x

Rsup2 = 09869

0

05

1

15

2

25

3

35

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

661nm

y = 02094x

Rsup2 = 09972

0

02

04

06

08

1

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

291 nm

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Ajuster par la suite le pH de la solution agrave 3 avec lrsquoacide sulfurique (concentreacute agrave

95-97)

Figure 8 Lit de lateacuterite

Pour la lateacuterite attaqueacute par de lrsquoacide concentreacute pour lrsquoextraction du Fer

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

30 m L drsquoacide (HClHNO3H2SO4)

Ajouter avec prudence 20 mL drsquoeau milli-Q pour avoir 50 mL de solution

Preacutelever le surnageant pour le traitement du bleu de meacutethylegravene

Figure 9 Attaque acide de la lateacuterite

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton

Lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM srsquoest faite par trois diffeacuterentes eacutetapes

Une solution du BM est soumise agrave un traitement par proceacutedeacute Fenton en utilisant du H2O2

et le fer industriel (Fe2+

) ajustement du pH agrave 3 (Fig12)

Figure 10 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour la deacutegradation du BM en utilisant la lateacuterite deux eacutetapes ont eacuteteacute imageacutes lrsquoune par

un lit de lateacuterite et lrsquoautre par la lateacuterite attaqueacutee par trois types drsquoacides (Fig13)

Figure 11 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM

Nous avons deacutetermineacute la cineacutetique de deacutecoloration agrave partir des valeurs des absorbances trouveacutees

agrave 661nm La deacutetermination de la constante de vitesse kapp permet de donner un ordre de

grandeur de la vitesse Expeacuterimentalement on peut montrer que la vitesse de reacuteaction bilan du

BM srsquoeacutecrit de la maniegravere suivante

Bleu de meacutethylegravene + OHbull rarr sous-produit du bleu de meacutethylegravene (Eq6)

Pour la cineacutetique drsquoordre 1

V = -

= kapp (Eq7) reacuteaction de pseudo ordre un laquo1 raquo

Avec

V vitesse de deacutegradation catalytique (mg L-1

h-1

)

kapp constante apparente de deacutegradation (min ou h-1

)

[BM] concentration du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

t temps de reacuteaction (h)

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

Ln (

) = kapp t (Eq8)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 12 Reacuteaction de pseudo ordre 1

Pour la cineacutetique drsquoordre 2

V = -

= kapp (Eq9) reacuteaction de pseudo ordre un laquo2 raquo

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

int

= - int

(Eq10)

(Eq11)

Figure 13 Reacuteaction de pseudo ordre 2

Pour le calcul des rendements ou taux drsquoabattement (τ) agrave lrsquoissu des eacutetudes cineacutetiques de

deacutegradation du BM nous avons utiliseacute cette formule ci-dessous

τ =

(Eq12)

Rsup2 = 09863

-070

-060

-050

-040

-030

-020

-010

000

0 2 4 6 8

ln (C

Co)

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 1

Rsup2 = 09499

0

0005

001

0015

002

0025

003

0 2 4 6 8

1C

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 2

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL

Tous les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes agrave tempeacuterature ambiante (25degC) Les concentrations du bleu de

meacutethylegravene choisies pour lrsquoexpeacuterience sont 10 et 40 mg L-1

1- Effet de pH du milieu

Etant donneacute que le proceacutedeacute Fenton est baseacute sur lrsquoeffet catalytique du Fer et plus preacuteciseacutement

du Fe2+

il nous est paru neacutecessaire de commencer lrsquoeacutetude par la deacutetermination du pH

optimale pour le proceacutedeacute Lrsquoajustement du pH du milieu srsquoeffectue agrave lrsquoaide drsquoune solution

drsquoacide sulfurique Ce choix est justifieacute par lrsquoexistence deacutejagrave au sein de la solution des ions

2-

suite agrave lrsquoaddition du Fe2+

sous la forme de FeSO4 7H2O

Les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes avec une concentration en BM de 20 mg L-1

un rapport R = 15

correspondant agrave des concentrations de 6 et 040 mg L-1

en H2O2 et Fe2+

respectivement et

pour des valeurs de pH variant entre 3 et 5 Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacute sur figure 16

Figure 14 Effet du pH

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t = 20

min)

pH Rendement ()

3 96

35 5245

4 6156

5 5509

000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 5 10 15 20

[BM

] m

gL

ˉˡ

temps de deacutegradation (mn)

pH = 3

pH = 35

pH = 4

pH = 5

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Drsquoapregraves le tableau preacutecegravedent nous observons que le pH favorable pour la deacutegradation du BM

par le proceacutedeacute Fenton est pH = 3 avec un taux de deacutegradation de 96 au bout de 20 min

De nombreux travaux sur les proceacutedeacutes Fenton ont montreacute que le pH 3 semble ecirctre la meilleure

valeur pour une deacutegradation optimale des polluants organique ((Tang and Huang 1996 Kuo

and Lo 1999) Pour la suite du travail nous adopterons deacutesormais cette valeur de pH

2- Effet de la concentration en BM

Nous avons traiteacute agrave un pH = 3 et agrave 25degC deux solutions du BM de concentration diffeacuterentes

(10 mg L-1

et 40 mg L-1

) en fixant les concentrations de Fe2+

agrave 134 mg L-1

et celle du H2O2 agrave

6 mg L-1

(figure 17)

Figure 15Effet de la concentration du BM

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM

[BM] mg L-1

Rendement () Temps de

deacutecoloration (min)

10 9738 8

40 9565 14

Nous avons constateacute que la concentration du BM de concentration 10 mg L-1

srsquoest deacutegradeacutee

rapidement et complegravetement avec un temps de deacutecoloration (td) de 8 min tandis que celle de

40 mg L-1

est plus lente avec un td de 14 min Donc plus la solution est concentreacutee plus le

temps de deacutegradation est important

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La cineacutetique de deacutecoloration du colorant BM de concentrations respectives de 10 et

40 mg L-1

obeacuteit agrave la loi cineacutetique de pseudo premier

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM

Solution kapp

BM = 10 mg L-1

028

BM = 40 mg L-1

010

La deacutetermination de la constante apparente de vitesse montre eacutegalement que cette derniegravere

varie en fonction de la concentration en BM En effet la valeur de kapp est deux fois plus

supeacuterieure pour une concentration en BM de 10 mg L-1

que pour celle de 40 mg L-1

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene

Figure 16 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel

Une solution du bleu de meacutethylegravene de concentration 40 mg L-1

est soumise agrave un traitement par

proceacutedeacute Fenton en utilisant 6 mg L-1

de H2O2 et le fer industriel agrave une concentration de 134

mg L-1

Des preacutelegravevements ont eacuteteacute effectueacutes agrave des intervalles reacuteguliers de temps afin de suivre

lrsquoeacutevolution de la deacutegradation par Spectrophotomeacutetrie Lrsquoanalyse spectromeacutetrique des

eacutechantillons est effectueacutee par un balayage du spectre UV-Visible entre 200 et 800 nm (figure

18)

Nous remarquons que plus le temps de traitement est important plus le pic drsquoabsorbance dans

le visible agrave 661 diminue drsquointensiteacute pour srsquoannuler complegravetement agrave partir du 30 min Par

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contre le pic dans le domaine UV agrave 291 il diminue certes drsquointensiteacute mais ne srsquoannule pas

mecircme apregraves 45 min de traitement

Ce reacutesultat nous permet de conclure que le proceacutedeacute Fenton permet une deacutegradation partielle

de la moleacutecule du BM au bout de notre temps de reacuteaction Drsquoapregraves Cao et al (1999) les pics

appartenant aux domaine drsquoUV entre 200 et 260 sont relatives au cycle benzegravene mono ou

poly substitueacute Ceci revient agrave dire que la deacutegradation du BM passe par deux eacutetapes

Deacutegradation du groupement fonctionnel de la moleacutecule du BM (λ = 661 nm) crsquoest agrave

dire que la rupture de lrsquoheacuteteacuterocycle central entraine la perte des conjugaisons des deux

lateacuteraux ce qui explique la deacutecoloration plus ou moins rapide de la solution

La deacutegradation des cycles benzegravene persistant en solution est beaucoup plus lente

puisque lrsquointensiteacute de ce pic (λ = 291 nm) diminue mais ne srsquoannule pas alors que la

solution est claire On peut dire eacutegalement que cette deacutegradation des cycles benzegravene

persistants est due au temps de reacuteaction trop court

4- Effet de la concentration du H2O2

a) En Absence de Fer

En utilisant deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

nous

avons varieacute les concentrations du H2O2 de 1 agrave 6 mg L-1

en absence du fer agrave un pH = 3 et agrave

tempeacuterature ambiante Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacutes sur la figure ci-dessous

Figure 19 Deacutegradation du BM par H2O2 seul

Quel que soit la concentration du BM 10 mg L-1

ou 40 mg L-1

lrsquoeffet du H2O2 sur la

deacutegradation du colorant est pratiquement nulle En effet apregraves un temps arbitraire de 20 min

de traitement on remarque un taux drsquoabattement de 17 pour la concentration en BM de 10

mg L-1

alors qursquoil est nul pour une concentration initiale de 40 mg L-1

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Il est donc clair que le pouvoir oxydant du H2O2 nrsquoest pas assez suffisant pour pouvoir

deacutegrader le BM En effet le H2O2 agrave un pouvoir oxydant de Edeg = 176 VENH par contre

celui drsquoOHbull est de 28 VENH

La mecircme conclusion a eacuteteacute observeacute par Naima (2008) sur lrsquoutilisation du H2O2 seul dans le

traitement des huiles drsquoolive (margines) Le reacutesultat a donneacute que le H2O2 seul pour des valeurs

de concentrations 3 et 20 g L-1

ne peut eacuteliminer totalement la margine de lrsquoeffluents drsquohuilerie

drsquoolive de concentration initiale de 1 g L-1

la moyenne de taux drsquoabattement obtenue ne

deacutepasse pas la valeur de 32 Yameogo (2013) a remarqueacute eacutegalement que lrsquoutilisation du

H2O2 seul nrsquoa eu aucune influence sur la deacutegradation de lrsquoamarante par proceacutedeacute photo-fenton

et heacuteteacuterogegravene avec charbon actif la concentration nrsquoa pas varieacute tout au long du traitement

b) En preacutesence du Fer

Lrsquoefficaciteacute du traitement est donc tributaire de lrsquoexistence de deux entiteacutes H2O2 et Fe2+

En

effet Bach et al (2010) ont utiliseacute le Fe2+

pour traiter lrsquoeau industrielle ils ont trouveacute que le

fer a permis de mineacuteraliser 95 drsquoeacutethylegravene-glycol et 85 de pheacutenol dans une eau industrielle

par proceacutedeacute Fenton Marciel et al (2004) ont remarqueacute que lrsquoapport de sulfate ferreux a

ameacutelioreacute la reacuteduction du COT de 45 agrave 55 lors drsquoune eacutetude drsquooxydation drsquoune solution

pheacutenolique par le proceacutedeacute photo-fenton

Pour la suite Nous avons maintenu la mecircme variation des concentrations en H2O2 (de 1 agrave 6

mg L-1

) mais en additionnant le fer industriel (sulfate ferreux) avec une concentration de 134

mg L-1

pour deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

agrave

tempeacuterature ambiante et agrave un pH eacutegale agrave 3 Ceci revient qursquoen solution le rapport R =

varie de 075 15 25 5 (Figure 20)

Figure 17 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Quel que soit la concentration initiale en BM ou en H2O2 lrsquoaddition du fer a entraineacute

lrsquoapparition de la deacutegradation graduelle de la coloration

Plus la concentration en H2O2 est importante plus la vitesse de deacutegradation augmente

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

[BM] mg L-1

10 40

Variation de H2O2 Rendement () Rendement ()

1 6730 5508

2 8522 7029

3 9769 9632

6 9954 9860

La figure 20 montre que taux de deacutecoloration en preacutesence du catalyseur devient plus

important avec lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 Il passe apregraves 60 min de

traitement de 6730 pour une concentration en H2O2 de 1 mg L-1

agrave 9954 pour celle de 6

mg L-1

Ceci est parfaitement preacutevisible puisque lrsquoexistence de lrsquoHydroxyde radicalaire principale

responsable de la deacutegradation est tributaire de la concentration initial en H2O2 (Eq2 sect 11)

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence de

la variation du H2O2

[BM] = 10 mg L-1

[BM] = 40 mg L-1

Ordre de la

reacuteaction k k

075 00036 00005 Ordre 2

15 00092 00007

25 0067 0065 Ordre 1

5 02879 0103

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Nous remarquons que lorsque la concentration en H2O2 augmente lrsquoordre partiel de la reacuteaction

change En effet pour des concentrations en H2O2 lt 3 mg L-1

la reacuteaction de deacutegradation est de

lrsquoordre 2 alors que pour des concentrations plus eacuteleveacutees elle est drsquoordre 1

Nadjette (2009) a montreacute que la deacutegradation du Meacutethyle Orange en preacutesence de dioxyde de

titane (TiO2) suit une cineacutetique drsquoordre 1 Redha (2011) a trouveacute eacutegalement lrsquoordre partiel de

la reacuteaction est eacutegal agrave 1 lors de son eacutetude sur le traitement du Rouge drsquoalizarine S et lrsquoOrange

G par proceacutedeacute drsquooxydation avanceacutee (POA)

Bennani et al (2010) ont eacutelimineacute le bleu de meacutethylegravene en solution aqueuse par lrsquoargile de Safi

(Maroc) Les reacutesultats ont montreacute que le pseudo-second ordre peut deacutecrire le comportement

cineacutetique de lrsquoadsorption du bleu de meacutethylegravene sur lrsquoargile brute et celle purifieacutee Des reacutesultats

similaires ont eacuteteacute observeacutes Gurses et al (2006) et Tsai et al (2007)

Les valeurs de kapp obtenus pour une solution de concentration initiale en BM de 10 mg L-1

sont supeacuterieures agrave celles obtenues pour la solution de 40 mg L-1

et ce lagrave quel que soit lrsquoordre

de la reacuteaction ou la concentration en H2O2 en solution Ces valeurs augmentent avec

lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 et passe de 36 10-3

agrave 02879 et de 05 10-3

agrave 0103

pour une les solutions en BM de 10 et 40 mg L-1

respectivement

5- Effet de la concentration en fer

Pour la suite nous eacutetudierons lrsquoeffet de la concentration en Fer sur lrsquoefficaciteacute du traitement

du BM pour deux solutions de concentration 10 et 40 mg L-1

en BM Les essais ont eacuteteacute

reacutealiseacutes en maintenant constante la concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

et en faisant varieacute la

concentration en Fe2+

de 02 agrave 134 mg L-1

correspondant agrave une variation du rapport R =

de 5 agrave 30

Figure 18 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM

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En absence de fer aucune baisse dans la concentration en BM nrsquoest observeacutee Pourtant degraves

lrsquoajout drsquoune faible concentration (02 mg L-1

) entraine une diminution progressive de la

couleur au cours du temps Il est eacutegalement observeacute que quel que soit la concentration initiale

en BM le temps de deacutegradation (td) du colorant est inversement proportionnel agrave la

concentration en Fe2+

en solution En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

td

passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 alors que pour une concentration

de 40 mg L-1

il passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig22)

Figure 19 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer industriel

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction du rapport R

[BM] = 10 mg L

-1 [BM] = 40 mg L

-1

kapp kapp

OR

DR

E

1

par

rapport

agrave B

M 30 00027 00125

15 00061 00321

10 0026 00496

5 02879 0103

Nous remarquons que lrsquoeffet de lrsquoaugmentation de la concentration en Fe2+

en solution sur la

cineacutetique de deacutegradation du BM est beaucoup plus important pour des faibles concentrations

(10 mg L-1

) que pour les fortes concentrations (40 mg L-1

) En effet pour une variation de R de

30 agrave 10 kapp eacutevolue de 27 10-4

min agrave 26 10-2

min soit un facteur 100 pour une concentration

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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en BM de 10 mg L-1

alors qursquoelle eacutevolue de 00125 agrave 005 soit un facteur 4 pour une

concentration en BM de 40 mg L-1

Drsquoapregraves ces reacutesultats on peut conclure drsquoune faccedilon geacuteneacuterale que la preacutesence drsquoune forte

concentration du catalyseur favorise la formation des radicaux OHbull principaux responsable de

la deacutegradation du BM Pourtant il a eacuteteacute montreacute dans plusieurs eacutetudes (Brillas et al 2004

Diagne 2006 Oturan et al 1999) que le Fe2+

ajouteacute agrave forte dose entraine une perte du

rendement du proceacutedeacute puisque le Fe2+

en plus de son rocircle de catalyseur peut jouer un rocircle de

destructeur crsquoest-agrave-dire qursquoil piegravege les OHbull produits

Lrsquoeacutelimination des polluants reacutefractaires est donc tributaire de la preacutesence des ions meacutetallique

sauf qursquoil neacutecessite un apport important en Fe2+

ce qui entraine un coucirct (Bouafia 2010)

Crsquoest pour cette raison que nous avons opteacute pour lrsquoutilisation de la lateacuterite en faisant une

attaque acide afin drsquoextraire le fer pour traiter le BM

II- UTILISATION DE LATERITE

Les eacutechantillons de la lateacuterite choisie se preacutesentent tous sous forme de poudres de couleur

ocre Lrsquoapplication drsquoun proceacutedeacute qui neacutecessite des quantiteacutes preacutecis de fer est un peu difficile

pour un pays dont le taux drsquoalphabeacutetisation est seulement de 218 et un seuil de pauvreteacute

(PIB par habitant est eacutegal agrave 1500 $) En effet lrsquoajout drsquoune forte concentration du catalyseur

dans la solution agrave traiter peut diminuer lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute Fenton Lrsquoanalyse DRX a

montreacute que la lateacuterite existante au Burkina-Faso est riche en fer En effet pour la reacutegion de

Dano le pourcentage en fer atteint 44 en masse alors que pour Koubri il est de 31

La premiegravere question auquel on srsquoeacutetait poseacute est si le fer eacutetait facilement ex tractable ou bien il

neacutecessite une mineacuteralisation preacutealable

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

La figure ci-dessous montre lrsquoallure de lrsquoeffet de lit de lateacuterite de Dano drsquoune part et celui de

Koubri drsquoautre avec ajustement de pH dans une solution du BM de concentration 40 mg L-1

en maintenant ma concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page 33

Figure 20 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

Nous observons que la solution du BM en contact avec le lit de Dano se deacutegrade plus vite que

celle en contact avec le lit de lateacuterite de Koubri Cela est ducirc au fait que la lateacuterite de Dano

libegravere plus facilement sa phase ferrique par rapport agrave celle de Koubri

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri)

Dans ce cadre nous avons compareacute lrsquoeffet drsquoun lit de lateacuterite (ajustement du pH) et une lateacuterite

attaqueacutee avec du H2SO4 sur une solution du BM agrave 40 mg L-1

La concentration en H2O2 eacutetant

maintenue agrave 6 mg L-1

(figure 24)

Figure 21 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri

La figure 24 montre que la quantiteacute de colorant deacutegradeacutee deacutecroit plus rapidement dans le cas

de lrsquoattaque acide Ce comportement est ducirc qursquoelle libegravere plus de Fe2+

en solution Le Fe2+

en

contact avec le H2O2 forme les radicaux hydroxyles (OHbull) pour le traitement des polluants

organiques par le proceacutedeacute Fenton

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

[BM] mg

L-1

Dano Koubri

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Rendement

()

4394 9991 364 9685

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Le taux drsquoabattement du BM par lrsquoattaque acide sur la lateacuterite de Dano est de 9991 apregraves

un temps de manipulation de 5 heures alors que celui du lit de lateacuterite (ajustement du pH) est

de 4394 pour le mecircme intervalle de temps

Cette diffeacuterence de rendement entre les lits de deux lateacuterites (Dano 4394 et Koubri

364) est due que la lateacuterite de Dano libegravere plus facilement sa phase ferrique que celle de

Koubri Etant donneacute que les phases ferriques sont les mecircmes pour les deux lateacuterites on

pourrait conclure que la diffeacuterence provient aussi du fait que la lateacuterite de Dano est beaucoup

plus riche en fer Ce qui facilite son extraction et que pour Koubri la phase Anastase en TiO2

pourrait gecircner son extraction

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et

Koubri)

Nous avons compareacute lrsquoefficaciteacute de 3 acides (sulfurique laquoH2SO4raquo chlorhydrique laquoHCl raquo et

nitrique laquoHNO3raquo) pour lrsquoextraction du fer des lateacuterites La concentration de la solution du

BM utiliseacutee est de 40 mg L-1

la concentration en H2O2 est toujours maintenue agrave 6 mg L-1

Figure 22 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri

La figure 25 montre que la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est la plus efficace pour la

deacutecoloration de la solution En effet Pour la lateacuterite de Dano le td est de 40 mn pour le H2SO4

et drsquoune heure (1h) et 1h30 pour le HNO3 et le HCl respectivement Pour celle de Koubri le

td de la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est drsquoune heure (1h) tandis que pour des deux autres

acides HCl et HNO3 les td sont respectivement de deux (2h) et quatre heure (4h)

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri

[BM] mg L-1

Dano Koubri

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Rendement () 9991 9890 9797 9685 9593 9223

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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On peut deacuteduire que lrsquoefficaciteacute de lrsquoattaque acide par le H2SO4 utiliseacute pour extraire le fer de

la lateacuterite est due au caractegravere diacide (H2SO4)

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri)

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig26)

Figure 23 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer extrait de la lateacuterite

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction des attaques acides (Dano et Koubri)

Attaque acide Dano Koubri

kapp

OR

DR

E 1 par

rapport

agrave B

M

HCl 00127 00094

HNO3 00131 00096

H2SO4 00142 00194

Nous remarquons que lrsquoutilisation de la lateacuterite de Dano ne change pas lrsquoordre apparent de la

vitesse de deacutegradation qui reste eacutegale 1 La valeur de kapp varie de 127 10-2

min-1

pour HCl et

142 10-2

min pour H2SO4 ce qui confirme bien le reacutesultat obtenu pour la figure 19

Pour la lateacuterite de Koubri la valeur de kapp varie de 910-3

min-1

pour HCl et 194 10-2

min-1

pour H2SO4

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer

de la lateacuterite (Dano et Koubri)

Sur la figure 27 nous avons superposeacute les reacutesultats obtenus pour la deacutegradation drsquoune solution

de 40 mg L-1

du BM en preacutesence de 6 mg L-1

de H2O2 avec lrsquoajout de Fer extrait de la lateacuterite

de Dano et Koubri drsquoune part et le fer industriel drsquoautre part

Figure 24 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel

Il est montreacute que le taux de deacutegradation obtenu est perceptiblement le mecircme seule reste un

handicap le temps de traitement 20 min pour le fer industriel 40 min pour le fer extrait de la

lateacuterite de Dano et 1h pour celui de Koubri

Le traitement par la lateacuterite de Dano est efficace et preacutesente donc un avantage certains

puisqursquoil permet de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du BM par rapport agrave celui par la lateacuterite de

Koubri qui deacutegrade seulement que 9796

Beaucoup drsquoeacutetudes ont eacuteteacute faites sur lrsquoeacutelimination du bleu de meacutethylegravene En utilisant le

charbon actif commercial CECA40 de granulomeacutetrie infeacuterieure agrave 125 μm Houas et al (1999)

ont eacutelimineacute 93 du BM dans lrsquoeau pour un temps de contact de 5heures Kumar and

Tamilarasan (2013) ont utiliseacute 01g de charbon actif agrave base des graines drsquoacacia pour eacuteliminer

9312 de BM Bennani et al (2010) ont eacutetudieacute lrsquoadsorption BM sur lrsquoargile brute et

purifieacutee Ils ont montreacute que le processus drsquoadsorption est tregraves rapide et que 95 de la quantiteacute

adsorbeacutee est atteinte pendant les dix premiegraveres minutes Talidi (2006) a utiliseacute la pyrophyllite

(argile) il a montreacute que lrsquoadsorption du BM est de lrsquoordre de 7845 6658 et 5471

respectivement pour les concentrations initiales de 75 225 et 374ppm Sassi and Bennour

(2011) ont utiliseacute le traitement biologique par Biosorption du BM par Pseudomonas

Aeruginosa isoleacute agrave partir drsquoune boue de laiterie a montreacute un taux drsquoeacutelimination du BM variant

de 45 agrave 55 aux valeurs de pH = 7 et 8

Nous pouvons dire que le traitement par la lateacuterite a permis de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du

BM par rapport aux eacutetudes faites en utilisant drsquoautres mateacuteriaux et que la lateacuterite recouvre

000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 100 200 300

[BM

] mg

Lˉˡ

temps de traitement (mn)

Attaque acide

(Dano)

Attaque acide

(Koubri)

Fer industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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33 du continent mondial ce qui pourrait rendre son utilisation moins chegravere par rapport aux

autres traitements (Fer industriel Charbon actifhellip) puis qursquoon nrsquoa pas fait une eacutetude

eacuteconomique pour voir son cout

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CONCLUSION

Ce travail qui a porteacute sur la deacutegradation du colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute

Fenton en comparant les performances obtenues entre lrsquoutilisation du fer industriel (Fenton

classique) et le fer extrait de la lateacuterite ont montreacute que

Pour lrsquoutilisation du fer industriel la deacutegradation du BM est obtenue agrave une valeur de 3 pour

une variation du rapport des concentrations R de 15 agrave 5 et que lrsquoutilisation du peroxyde (H2O2)

seul ne peut pas deacutegrader le BM car son pouvoir oxydant nrsquoest pas assez suffisant pour

pouvoir deacutegrader le colorant Lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute est donc intimement lieacutee agrave lrsquoexistence de

deux reacuteactifs En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

le temps de deacutecoloration

(td) passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 et pour celle de 40 mg L-1

il

passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R Le traitement du BM par proceacutedeacute

fenton est donc tributaire de lrsquoutilisation de Fe2+

Afin de minimiser le coucirct du traitement et surtout voir lrsquoefficaciteacute du traitement en utilisant la

lateacuterite nous avons essayeacute de remplacer le fer industriel par le fer extrait de la lateacuterite

provenant de deux reacutegions du Burkina-Faso Dano et Koubri

Les reacutesultats obtenus par lrsquoutilisation du fer de la lateacuterite sont inteacuteressants pour des eacutetudes sur

drsquoautres colorants En effet le lit de lateacuterite avec ajustement du pH a permis une deacutegradation du

colorant de 44 pour un temps de traitement de 5h tandis que le traitement par lrsquoattaque acide

lui a deacutegradeacute le BM de pregraves que 100 En effet les taux drsquoabattements pour lrsquoattaque acide de

la lateacuterite de Dano et de Koubri sont respectivement de 99 au bout de 40 min et de 97 pour

une manipulation drsquoenviron 1 h

Cette eacutetude sur la deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en utilisation le fer de la lateacuterite

nous a permis de montrer qursquoil est possible de simplifier de point de vue utilisation et coucirct le

proceacutedeacute Fenton pour les colorants syntheacutetiques drsquoeffluents industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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PERSPECTIVES

En perspectives il serait inteacuteressant

De faire une eacutetude approfondi pour voir le cout du traitement du proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite

Essayer de traiter drsquoautres familles de colorants en utilisant la lateacuterite attaqueacutee par

lrsquoacide pour voir lrsquoefficaciteacute du systegraveme

Appliquer le traitement sur des effluents textiles reacuteels

Imaginer un systegraveme de traitement agrave grand eacutechelle

Essayer le traitement sur drsquoautres polluants reacutecalcitrant PCB pheacutenol pesticides

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Page 4: Dégradation des effluents textiles (cas d’un colorant

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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ABSTRAT

Industrial effluents from textile activities often have a poorly biodegradable pollutant content

which impacts on the environment and humans Decontamination by conventional biological or

physical processes is often ineffective and therefore requires the use of advanced oxidation

processes (AOPs) more expensive The Fenton process is a POA that allows complete

degradation (mineralization) in aqueous media of bio-reluctant organic pollutants This work

explores the degradation of methylene blue dye (BM) by fenton process The use of industrial

iron (conventional Fenton process) was used as a reference and tests of substitution of industrial

iron by the iron extracted from laterites coming from two areas in Burkina-Faso were performed

The extraction of iron from laterite was performed by acid attack with three types of acid acid

chlorydric (HCl) acid sulphuric (H2SO4) and acid nitric (HNO3) For industrial iron several

experimental parameters such as pH the concentration ratio of H2O2 and iron R (R=

) were

studied The fastest degradation is obtained at pH 3 and for a ratio R = concentration R =5 for

industrial iron For laterite-derive iron the fastest degradation is observed by using the sulphuric

acid Degradation rates of 957 after 20 min and 999 after 40 min were obtained for

industrial iron and iron extracted from laterite respectively Kinetics study demonstrated that the

BM degradation is a pseudo first order reaction in relation to BM concentration for both

industrial iron and laterite-derived iron The use of widely available laterite as an iron source is

promising to both limit the environmental impacts and improve the cost efficiency of the Fenton

process resulting in a greater affordability in developing countries

Keywords Methylene blue degradation Fentonrsquos reagent laterite

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REMERCIEMENT

Le travail de recherches qui fait lrsquoobjet de meacutemoire a eacuteteacute reacutealiseacute au Laboratoire Eau Deacutepollution

Ecosystegraveme et Santeacute (LEDES) de 2IE Jrsquoexprime ma profonde gratitude au Directeur de recherche

le Professeur Hamma YACOUBA et au Directeur du LEDES le Docteur Yacouba KONATE pour

mrsquoavoir accueillie au sein de leurs eacutequipes Je tiens agrave remercier toute lrsquoeacutequipe du laboratoire pour

leur disponibiliteacute leur conseil et la confiance qursquoelle mrsquoa teacutemoigneacute en me donnant une liberteacute

drsquoaction dans la reacutealisation de ce travail en particulier Mr HEMA Sohamai

Jrsquoadresse mes vifs remerciements agrave mes deux encadreurs Dr Hela HAROUI et Dr Yohan

RICHARDSON pour avoir suivi ce travail avec un grand inteacuterecirct Ils ont su me donner un esprit

critique un esprit de discernement une rigueur lors de la reacutealisation des essais et analyses au

laboratoire et de ma reacutedaction Leurs attentions inlassables et leurs enthousiasmes de chercheurs

ont instaureacute une ambiance propice au travail et mrsquoont donneacute gout agrave la recherche Qursquoils soient

assureacutes de ma profonde gratitude

Pour finir crsquoest avec beaucoup de plaisir que jrsquoexprime ma sympathie agrave mes camarades de classe

pour leur bonne humeur leur collaboration leur soutien amical et chaleureux

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Table de matiegravere

DEDICACE i

RESUME ii

ABSTRAT iii

REMERCIEMENT iv

TABLE DE MATIERE v

LISTE DES FIGURES vii

LISTE DES TABLEAUX viii

LISTE DES ABREVIATIONS ix

INTRODUCTION GENERALE 1

CHAPITRE I REVUE BIBLIOGRAPHIQUE 4

I- LES COLORANTS (Caracteacuteristiques classification et toxiciteacute) 4

1- Historique des colorants 4

2- Deacutefinition des colorants 4

3- Classification des colorants syntheacutetiques 4

4- Les colorants aziniques (thiazines) 5

5- Toxiciteacute des colorants 5

6- Proprieacuteteacutes physico-chimiques du bleu de meacutethylegravene 5

II- TRAITEMENT DES REJETS TEXTILES 6

1- Geacuteneacuteraliteacutes sur les meacutethodes de traitements 6

A- Meacutethodes biologiques 7

B- Meacutethodes physiques 7

B1- Coagulation-floculation 8

B2- Filtration membranaire 8

B3- Adsorption sur charbon actif et autres mateacuteriaux 8

C- Meacutethodes chimique 9

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation Avanceacutee

(POA) 9

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

) 11

III- LA LATERITE 12

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE 14

I- PRODUITS ET MATERIELS 14

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite) 14

2- Mateacuteriels utiliseacutes 14

II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE 18

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene 18

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible 18

3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM 19

4- Preacuteparation des solutions de fer 20

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton 21

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM 22

CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS 24

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL 24

1- Effet de pH du milieu 24

2- Effet de la concentration en BM 25

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene 26

4- Effet de la concentration du H2O2 27

5- Effet de la concentration en fer 30

II- UTILISATION DE LATERITE 32

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri) 32

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri) 33

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et Koubri) 34

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri) 35

5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer de la lateacuterite

(Dano et Koubri) 36

CONCLUSION 38

PERSPECTIVES 39

REFERENCE BIBLIOGRAPHIQUE - 40 -

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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LISTE DES FIGURES

Figure 1 Bleu de meacutethylegravene et sa structure chimique 6

Figure 2 Forme incolore du bleu de meacutethylegravene 6

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA) 9

Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI) 13

Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM 15

Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano 17

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri 17

Figure 10 Lit de lateacuterite 21

Figure 11 Attaque acide de la lateacuterite 21

Figure 12 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel 21

Figure 13 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite 22

Figure 14 Reacuteaction de pseudo ordre 1 23

Figure 15 Reacuteaction de pseudo ordre 2 23

Figure 16 Effet du pH 24

Figure 17Effet de la concentration du BM 25

Figure 18 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel 26

Figure 20 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2 28

Figure 21 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM 30

Figure 22 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le fer

industriel 31

Figure 23 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri) 33

Figure 24 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri 33

Figure 25 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri 34

Figure 26 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le fer

extrait de la lateacuterite 35

Figure 27 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel 36

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique 10

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes 14

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 16

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

17

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene 19

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm) 20

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t =

20 min) 24

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM 25

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM 26

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2 29

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence

de la variation du H2O2 29

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du

BM en fonction du rapport R 31

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite 33

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri 34

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du

BM en fonction des attaques acides (Dano et Koubri) 35

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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LISTE DES ABREVIATIONS

A Absorbance de la lumiegravere (nm)

BM Bleu de meacutethylegravene

C Concentration massique ou molaire en soluteacute (mg L-1

ou Mmol L-1

)

C0 Concentration initiale du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

CA Code Article

CCI Chambre de Commerce et drsquoIndustrie

DBO Demande Biologique en Oxygegravene

DCO Demande Chimique en Oxygegravene

ENH Electrode Normal agrave Hydrogegravene

e- Electron

Fe2+

Fer ferreux

Fe3+

Fer ferrique

H2O2 peroxyde drsquohydrogegravene

H2SO4 Acide sulfurique

HCl Acide chlorhydrique

HNO3 Acide nitrique

I Intensiteacute lumineuse traverseacutee

I0 Intensiteacute initiale lumineuse

kapp constante de vitesse apparente

LEDES Laboratoire Eau Deacutepollution Ecosystegraveme et Santeacute

mL Milli litre

min Minute

nm Nanomegravetre

MΩ Meacutega ohm

OHbull Radicaux hydroxyles

POA Proceacutedeacute drsquoOxydation Avanceacutee

V Vitesse cineacutetique de deacutegradation

UV Ultra-violet

microScm Micro-siemens par cm

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λ Longueur drsquoonde (nm)

α Ordre partiel

τ Rendement ou taux de deacutegradation ()

td Temps de deacutecoloration (min)

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INTRODUCTION GENERALE

Quel que soit le deacuteveloppement de la socieacuteteacute lrsquoeau reste un facteur primordial dans toutes les

couches socio-eacuteconomiques Malheureusement lrsquoeau douce disponible pour les humains et

aussi pour le reste de lrsquoeacutecosystegraveme repreacutesente moins de 1 du volume total drsquoeau sur terre et

la qualiteacute de la partie disponible et potentiellement utilisable par lrsquohomme nrsquoest que de 01

et nrsquoa cesseacute de se deacutegrader et parfois dlsquoune maniegravere irreacuteversible Selon lrsquoONG Water Aiumld 34

millions de personnes au Burkina-Faso nrsquoont pas accegraves agrave lrsquoeau potable

Lrsquoindustrie du textile est lrsquoune des industries la plus consommatrice drsquoeau (par exemple pour

teindre quelques 30 milliards de kilo de tissusan il faut consommer 4 milliards de tonnes

drsquoeauan) et geacutenegravere des rejets constitueacutes de moleacutecules organiques reacutecalcitrantes preacutesentant

geacuteneacuteralement des problegravemes de couleur de concentrations eacuteleveacutees de DBO de DCO de

matiegraveres en suspension ainsi que de toxiciteacute et de conductiviteacute eacuteleveacutees Selon la Banque

mondiale lrsquoindustrie textile est responsable de 17 agrave 20 de la pollution de leau dans le

monde En 2009 les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels La production mondiale des colorants est estimeacutee agrave plus de 800000

tonnesan (Mansour et al 2010) Drsquoapregraves la Chambre de Commerce et drsquoIndustrie du Burkina

(CCI) la quantiteacute de colorants importeacutee au Burkina-Faso est de 79 tonnes en 2012

Ces colorants dans lrsquoensemble sont toxiques de par leur composition et leurs modes

drsquoutilisation Ils sont susceptibles drsquoinduire chez lrsquoHomme des dermatoses voire des cancers

de la peau tant pour les personnes travaillant agrave la teinture des fibres textiles que via la

transpiration pour les personnes portant les vecirctements De plus les effluents non traiteacutes de ces

colorants sont responsable apregraves rejets de la deacutegradation de lrsquoenvironnement (des eaux de

surface et souterraines des sols voire de la veacutegeacutetation) Pour remeacutedier agrave tous ces impacts

neacutegatifs un traitement par deacutecoloration de ces effluents srsquoimpose avant tout rejet dans

lrsquoenvironnement

La deacutecoloration des rejets de lrsquoindustrie textile est souvent difficile car les colorants

organiques ne sont pas deacutegradeacutes par voies conventionnels En effet ces produits sont stables

aux agents oxydants aux rayonnements et reacutesistent fortement agrave la digestion aeacuterobie Pour cela

plusieurs types de traitement ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes et testeacutes notamment lrsquoosmose inverse la

preacutecipitationcoagulation des matiegraveres colorantes lrsquoadsorption sur charbon actif la filtration

membranaire (Barclay and Buckley2000) Cependant ces proceacutedeacutes classiques de traitement

ne reacutepondent pas agrave cette attente car ils sont pour la plupart non destructifs et tregraves couteux

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Pour reacutepondre agrave cette faille de nouveaux proceacutedeacutes ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes dont les proceacutedeacutes

drsquooxydation avanceacute (POA) qui sont des proceacutedeacutes de traitement oxydatif subdiviseacutes en quatre

groupes(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon

puisse utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et son

potentiel normal drsquooxydoreacuteduction est de 28VENH (Parsons 2004)

Le proceacutedeacute fenton un des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee est une technologie eacuteprouveacutee et

efficace pour la destruction drsquoun grand nombre de polluant organique Cette technique

consiste agrave initier des reacuteactions de deacutecomposition du peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) par des

sels meacutetalliques en vue de geacuteneacuterer des espegraveces radicalaires (OHbull HO2

bull etc) tregraves reacuteactives

Son inconveacutenient majeur est qursquoil neacutecessite une grande quantiteacute de produits chimiques en

phase homogegravene tels que le fer (Fe2+

) qui geacutenegravere un cout suppleacutementaire et conduit agrave la

geacuteneacuteration de grandes quantiteacutes de boues ou agrave la formation de deacuteriveacutes pour le traitement

Lrsquoobjectif de cet meacutemoire est drsquoeacutetudier la deacutegradation du bleu de meacutethylegravene modegravele de

colorant syntheacutetique textile par le proceacutedeacute fenton en remplaccedilant le fer industriel (Fe3+

Fe2+

)

par le fer extrait de la lateacuterite locale en vue de reacuteduire le cout des traitements des effluents

textiles Si cette expeacuterience au laboratoire donne des reacutesultats satisfaisants elle pourrait ecirctre

extrapoleacutee agrave grande eacutechelle et ecirctre une des solutions pour le traitement de rejets textiles par

des mateacuteriaux locaux en Afrique puisque la lateacuterite recouvre environ 33 de continent

africain et est tregraves abondante au Burkina-Faso

Apregraves une introduction geacuteneacuterale ce meacutemoire sera structureacute en trois (03) chapitres

Le premier chapitre sera consacreacute agrave une eacutetude bibliographique sur les colorants les

meacutethodes de traitements des effluents textiles et la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Le second chapitre abordera la partie mateacuterielles et meacutethodes Nous deacutecrirons les

protocoles expeacuterimentaux le mateacuteriel et les reacuteactifs employeacutes ainsi que les meacutethodes

expeacuterimentales utiliseacutees

Le troisiegraveme chapitre est consacreacute aux reacutesultats obtenus accompagneacutes drsquoune

discussion afin de comparer nos reacutesultats aux autres eacutetudes faites sur la deacutegradation du

bleu de meacutethylegravene (BM) par drsquoautres mateacuteriaux

Une conclusion geacuteneacuterale ainsi que quelques perspectives seront preacutesenteacutees en fin du

document

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE I REVUE BIBLIOGRAPHIQUE

I- LES COLORANTS (Caracteacuteristiques classification et toxiciteacute)

1- Historique des colorants

Depuis le deacutebut de lrsquohumaniteacute les colorants appliqueacutes dans pratiquement toutes les activiteacutes

humaines (peinture teinture du papier de la peau et des vecirctements) eacutetaient drsquoorigines naturelles

et veacutegeacutetales Ces colorants sont tous des composeacutes aromatiques qui proviennent essentiellement

des plantes tel que lrsquoalizarine et lrsquoindigo Lrsquoindustrie des colorants syntheacutetiques est neacutee en 1856

quand le chimiste anglais W H Perkin dans une tentative de synthegravese de la quinine artificielle

pour soigner la malaria a obtenu la premiegravere matiegravere colorante syntheacutetique qursquoil appela

mauve (aniline colorant basique) Apregraves la deacutecouverte de la mauve de nouveaux colorants

ont commenceacute agrave paraitre sur le marcheacute (Jaussaud 1993)

Au deacutebut du 20egraveme

siegravecle les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels Selon Mansour et al (2010) la production mondiale des colorants est

estimeacutee agrave plus de 800000 tonnesan

2- Deacutefinition des colorants

Un colorant est une substance coloreacutee qui interagit avec le milieu dans lequel elle est introduite

et le colore en srsquoy dissolvant etou dispersant lui confeacuterant la proprieacuteteacute de teindre Cette

proprieacuteteacute reacutesulte drsquoune affiniteacute particuliegravere entre le colorant et la fibre Selon le type

drsquoapplication et drsquoutilisation les colorants syntheacutetiques doivent reacutepondre agrave un certain nombre

de critegraveres afin de prolonger la dureacutee de vie des produits coloreacutes sur lesquels ils sont appliqueacutes

Ces critegraveres sont la reacutesistance agrave lrsquoabrasion la stabiliteacute photolytique des couleurs la reacutesistance

agrave lrsquooxydation chimique (notamment les deacutetergents) et aux attaques microbiennes(Pagga and

Brown 1986) et (Zawlotzki Guivarch 2004)

3- Classification des colorants syntheacutetiques

Les matiegraveres colorantes se caracteacuterisent par leur capaciteacute agrave absorber les rayonnements lumineux

dans le spectre visible (de 380 agrave 750 nm) La transformation de la lumiegravere blanche en lumiegravere

coloreacutee par reacuteflexion sur un corps ou par transmission ou diffusion reacutesulte de labsorption

seacutelective deacutenergie par certains groupes datomes appeleacutes chromophores la moleacutecule colorante

eacutetant le chromogegravene Dautres groupes datomes du chromogegravene peuvent intensifier ou changer

la couleur due au chromophore ce sont les groupes auxochromes (Barka 2008)

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4- Les colorants aziniques (thiazines)

Les colorants thiazines sont analogues aux colorants oxazines sauf que lrsquoatome de soufre

remplace lrsquoatome drsquooxygegravene dans lrsquoanneau heacuteteacuterocyclique Ces colorants ont un noyau

phenazonium comme chromophore avec des groupes amineacutes en para par rapport au soufre

comme auxochrome Ils ont un intervalle de couleur du vert au bleu et ils sont stables agrave la

lumiegravere Ils sont utiliseacutes dans le domaine du textile meacutedecine pharmacie et biologie

Seulement cinq colorants thiazines sont connus et toujours fabriqueacutes azure A azure B azure C

thionine et bleu de meacutethylegravene

Le colorant thiazine le plus important est le bleu de meacutethylegravene deacutecouvert par Caro en 1876

Colorants doxazines Colorants thiazines

Oxazines

Thiazine

5- Toxiciteacute des colorants

La prise de conscience quant agrave la dangerositeacute de certains colorants a commenceacute vers 1890 ougrave

lrsquoon surveillait essentiellement les teneurs en cuivre en arsenic et en plomb dans les colorants

syntheacutetiques ou mineacuteraux Cependant bien que des toxicologues aient auparavant mis en

eacutevidence chez les animaux le risque de cancer lieacute agrave lrsquoingestion de certains colorants azoiumlques

rouges ce nrsquoest qursquoapregraves la deuxiegraveme (2egraveme

) guerre mondiale que des seacuterieux tests biologiques

ont abouti agrave la remise en cause de la plupart des colorants utiliseacutes Une reacuteglementation plus

exigeante a eacuteteacute instaureacutee en 1960 concernant le test de toxicologique des colorants mis sur le

marcheacute Pour le cas du Burkina-Faso il yrsquoa un deacutecret ndeg2001-185 (article 12) portant

interdiction de rejet dans lrsquoenvironnement de certaines substances canceacuterigegravenes dans

lrsquoenvironnement

6- Proprieacuteteacutes physico-chimiques du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene colorant azinique (thiazine) de la famille basique ou cationique aussi

appeleacute chlorure de bis-(dimethylamino)- 37 phenazathionium est soluble dans lrsquoeau (50 g L-1

) et

moins soluble dans lrsquoalcool (10 g L-1

) Sa formule chimique est C16H18ClN3S une masse molaire

de 319852 g mol-1

se preacutesente sous forme drsquoune poudre cristalline drsquoun bleu fonceacute est un deacuteriveacute

azoteacute (Fig1)

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Figure 1 Bleu de meacutethylegravene et sa structure chimique

Il est couramment utiliseacute comme modegravele de contaminant organique en raison de sa structure

moleacuteculaire stable Dans la reacuteaction de reacuteduction le BM se transforme en leuco meacutethylegravene

incolore due agrave la perte du doublet libre de lrsquoazote et introduction drsquoun atome drsquohydrogegravene

Le BM sous sa forme incolore est

(Eq 1)

bleu de meacutethylegravene chlorure de meacutethylthioninium

S

N

N NCl-

hydroxyde de meacutethylthioninium

S

N

N N HO

Figure 2 Forme incolore du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene est le colorant le plus couramment utiliseacute dans la teinture du coton du bois

et de la soie Il peut provoquer des brucirclures oculaires responsables de blessures permanentes aux

yeux de lrsquohomme et des animaux Son inhalation peut donner lieu agrave des difficulteacutes respiratoires

entrainer des cas drsquoaneacutemie apregraves une absorption prolongeacutee et son ingestion par la bouche produit

une sensation de brucirclure provoque des nauseacutees des vomissements transpiration et sueurs

froides abondantes (Ghosh and Bhattacharyya 2002) Il est aussi est toxique pour les algues et

les petits crustaceacutes agrave partir des concentrations de 01 mg L-1

et 2 mg L-1

respectivement (Ounissa

1996 Meink et al 1997)

Le traitement des rejets industriels contenant ce type de colorant srsquoavegravere drsquoun grand inteacuterecirct

II- TRAITEMENT DES REJETS TEXTILES

1- Geacuteneacuteraliteacutes sur les meacutethodes de traitements

Le traitement des rejets textiles compte tenu de leur heacuteteacuterogeacuteneacuteiteacute de composition conduira

toujours agrave la conception drsquoune chaine de traitement assurant lrsquoeacutelimination des diffeacuterents

polluants par des eacutetapes successives La premiegravere eacutetape consiste agrave eacuteliminer la pollution par

lrsquointermeacutediaire de preacutetraitement (deacutegrillage dessablage deacuteshuilage etc) etou de traitement

physique ou physico-chimique assurant une seacuteparation solide-liquide Drsquoapregraves Barclay and

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Buckley (2000) les techniques de deacutepollution intervenant le plus courant en deuxiegraveme eacutetape

dans les industries se divisent en trois cateacutegories

1- Biologique

Traitement aeacuterobie

Traitement anaeacuterobie

2- Physique

Meacutethode de preacutecipitation (coagulation floculation seacutedimentation)

Adsorption (sur charbon actif)

Osmose inverse filtration sur membrane

3- Chimique

Oxydation (oxygegravene ozone oxydants tels que le H2O2 NaOCl)

Reacuteduction (Na2S2O2)

Meacutethode de complexomeacutetrique

Reacutesine eacutechangeuse drsquoions

A- Meacutethodes biologiques

Lrsquoavanceacutee technologique a permis la conception des systegravemes de traitement biologique

perfectionneacutes en se basant sur lrsquoautoeacutepuration naturelle des eaux Ces proceacutedeacutes biologiques se

font selon deux modes traitements en aeacuterobie (en preacutesence de lrsquooxygegravene) et traitement en

anaeacuterobie (les microorganismes deacutegradent la matiegravere organique en absence de lrsquooxygegravene)

Les proceacutedeacutes drsquoeacutepuration par voie biologique sont baseacutes sur la transformation microbienne des

colorants La plupart des colorants azoiumlques sont tregraves stables et non biodeacutegradables Beaucoup

drsquoeacutetudes ont deacutemontreacute la biodeacutegradation partielle ou complegravete de certains colorants par voie

biologiques (Adnosinda et al 2003) et (Lopez et al 2004) Mecircme si ces techniques sont

adapteacutees agrave un nombre de polluants organiques elles ne sont pas toujours applicables sur les

effluents textiles industriels en raison de fortes concentrations de polluants de leur toxiciteacute qui

entrainent la destruction des microorganismes ou des boues biologiques agrave traiter

B- Meacutethodes physiques

Lorsque les eaux useacutees ne se precirctent pas agrave une deacutepollution par voie biologique (effluent peu ou

pas biodeacutegradable tempeacuterature trop faible valeurs extrecircmes de pH preacutesence de toxiques)

des proceacutedeacutes physico-chimiques classiques permettent de compenser soit en se substituant

totalement agrave lrsquoeacutepuration par voie biologique soit en traitement compleacutementaire On peut citer

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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par exemple la coagulation-floculation suivie drsquoune deacutecantation (clarification) lrsquoadsorption sur

charbon actif lrsquoeacutechange drsquoions ou la filtration membranaire

B1- Coagulation-floculation

Sous le terme de coagulationndashfloculation on entend tous les processus physico-chimiques par

lesquels des particules colloiumldales ou des solides en fine suspension sont transformeacutes par des

floculants chimiques en espegraveces plus visibles et seacuteparables (les flocs) Les flocs formeacutes sont

ensuite seacutepareacutes par deacutecantation et filtration puis eacutevacueacutes Les coagulants inorganiques tels que

lrsquoalun (Al2(SO4)314H2O) donnent les reacutesultats plus que satisfaisants pour la deacutecoloration des

effluents textiles contenant des colorants disperseacutes de cuve et soufreacutes mais sont totalement

inefficaces pour les colorants azoiumlques acides et basiques (Barclay and Buckley 2000) et

(Vendevivere et al 1998) Par ailleurs la coagulationndashfloculation ne peut ecirctre utiliseacutee pour les

colorants fortement solubles dans lrsquoeau comme le cas du BM

Le principal deacutesavantage de cette technique est qursquoelle geacutenegravere une importante quantiteacute de boue

entrainant des investissements suppleacutementaires

B2- Filtration membranaire

Dans ce proceacutedeacute les polluants sont retenus par une membrane semi permeacuteable dont le diamegravetre

des pores est infeacuterieur agrave celui des moleacutecules agrave eacuteliminer Cette technique est largement utiliseacutee

dans le domaine de lrsquoeau potable et le dessalement La filtration sur membrane sous lrsquoeffet

drsquoune pression hydraulique se deacutecline en microfiltration lrsquoultrafiltration la nano filtration et

lrsquoosmose inverse Parmi les quatre types de proceacutedeacutes la nano filtration et lrsquoosmose inverse sont

les plus adapteacutes agrave la reacuteduction partielle de la couleur et des petites moleacutecules organiques

(Taylor and Jacobs 1996) (Calobro et al 1990) En effet la nano filtration srsquoapplique surtout

au traitement des bains de teinture de colorants reacuteactifs en agissant comme un filtre moleacuteculaire

tandis que la microfiltration retient les mateacuteriaux colloiumldaux tels que les colorants disperseacutes ou

de cuve gracircce agrave une laquomembrane eacutecranraquo (Van der Bruggen et al 2003) Lrsquoultrafiltration ne

srsquoapplique qursquoagrave la reacuteduction de DCO et des solides en suspension (Anselme and Jacobs 1996)

et nrsquoest reacuteellement efficace qursquoen combinaison avec la coagulationfloculation

B3- Adsorption sur charbon actif et autres mateacuteriaux

Le polluant est transfeacutereacute de la phase liquide vers la phase solide lors de lrsquoadsorption Le

charbon actif eacutetant consideacutereacute comme lrsquoadsorbant le plus efficace pour la reacuteduction de la

couleur est limiteacute pour lrsquoeacutelimination de certains colorants Seuls les cationiques colorant agrave

mordant disperseacutes ou dits de cuve sont eacutelimineacutes par cette technique (Raghavacharya 1997)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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C- Meacutethodes chimique

Les techniques drsquooxydation chimiques sont geacuteneacuteralement appliqueacutees quand les proceacutedeacutes

biologiques sont inefficaces Elles peuvent ecirctre ainsi utiliseacutees pour les proceacutedeacutes biologiques en

eacutetapes de preacutetraitement afin de diminuer la charge polluante Lrsquooxydation chimique est

eacutegalement appliqueacutee pour le traitement des organiques dangereux preacutesents en faibles

concentrations et des effluents chargeacutes de constituants reacutesistants aux meacutethodes de

biodeacutegradation Le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) le Cl2 et O3 sont les reacuteactifs les plus souvent

utiliseacutes pour ce type de traitement Le H2O2 est un oxydant moyennement fort et son application

pour le traitement des polluants organiques et inorganiques est bien eacutetablie (Neyens et al

2003) Mais lrsquooxydation par H2O2 nrsquoest pas suffisamment efficace pour de fortes concentrations

en colorant Hamada et al (1998) ont proposeacute de traiter les colorants azoiumlques par hypochlorure

de sodium Cependant si la moleacutecule initiale est deacutetruite les halogegravenes sont susceptibles de

former des trihalomeacutethanes comme sous-produits de deacutegradation lesquels sont canceacuterigegravenes

pour lrsquoHomme

Drsquoougrave la neacutecessiteacute drsquoutiliser des produits drsquooxydation encore plus performant comme les

proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutes (POA)

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation

Avanceacutee (POA)

Lrsquoindustrialisation intensive qui a vu le jour au cours du dernier siegravecle a causeacute lrsquoapparition dans

lrsquoenvironnement de polluants eacutemergents reacutefractaires qui sont reconnus canceacuterigegravenes et

mutagegravenes Dans lrsquooptique de limiter la pollution de lrsquoenvironnement des strateacutegies de

traitement efficaces et eacutecologiques ont eacuteteacute deacuteveloppeacutees Parmi ces strateacutegies se trouve

lrsquoapplication des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee (POA) Figure 3

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Il srsquoagit de proceacutedeacutes de traitement oxydatif qui peuvent ecirctre subdiviseacutes en quatre groupes

(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse

utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et reacutepondent aux

critegraveres suivant (Suty et al 2003)

Ne pas induire de pollution secondaire

Non toxique

Non corrosif pour les eacutequipements

Etre le plus rentable possible

Etre relativement le plus simple agrave manipuler

Les OHbull sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse utiliser dans le domaine des

eaux et des effluents industriels avec une vitesse drsquooxydation (109

fois plus eacuteleveacutee) agrave celle de

lrsquoozone et son potentiel drsquooxydation est de 28 VENH (Parsons 2004) Tableau 1

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique

Oxydant Pouvoir oxydant Edeg (VENH)

OHbull 280

Oo 242

O3 207

H2O2 (milieu acide) 178

Cl2 136

O2 123

Plusieurs secteurs ont utiliseacutes ces proceacutedeacutes pour traiter leurs eaux par exemple Parsons (2004)

lrsquoa utiliseacute pour le traitement des eaux de surface et souterraines Martinez-Huitle and Ferro

(2006) lrsquoont utiliseacute pour le traitement des eaux industrielles Hayet (2011) lrsquoa testeacute dans

lrsquoeacutelimination du 4- chloropheacutenol Hsing et al (2007) et Wu and Chang (2006) ont lrsquoutiliseacute pour

deacutecolorer les eaux des industries textiles Bouafia (2010) a utiliseacute le proceacutedeacute drsquooxydation

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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avanceacutee baseacutee sur le reacuteactif de fenton pour deacutegrader les colorants textiles Derradji (2012) a

coupleacute le POA avec un traitement biologique pour le traitement des eaux useacutees industrielles

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

)

Fenton avait deacutecrivit agrave la fin du XIX egraveme

siegravecle que le fer ferreux (Fe2+

) favorisait fortement

lrsquooxydation de lrsquoacide maleacuteique par le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) en milieu acide (Fenton

1894) Des travaux ulteacuterieurs ont montreacute que la combinaison de H2O2 et de Fe2+

nommeacute

laquo Reacuteactif de Fenton raquo eacutetant un oxydant efficace pour une grande varieacuteteacute de substrats

organiques notamment les pheacutenols les pesticides les aromatiques polycycliques et des

colorants en particulier les azoiumlques (Spadaro et al 1994 Benitez et al 2001 De Heredia et

al 2001) Quarante (40) ans plus tard Haber and Weiss (1934) identifiaient le radical

Hydroxyl comme eacutetant lrsquoespegravece oxydante de la reacuteaction preacutesenteacutee ci-dessous et communeacutement

appeleacutee reacuteaction de Fenton

(Eq2)

Le fer ferrique geacuteneacutereacute peut ensuite reacuteagir avec le peroxyde drsquohydrogegravene pour redonner le fer

ferreux

(Eq3)

La vitesse de deacutecomposition de H2O2 par le Fer II augmente lorsque le pH augmente (le 5) car

dans cette gamme de pH la forme preacutedominante Fe(OH) 2+

est beaucoup plus reacuteactive que lrsquoion

Fe2+

(Kuo 1992)

Lrsquoeacutetude de la deacutepollution des effluents textiles coloreacutes par le proceacutedeacute Fenton (systegraveme H2O2

Fe2+

) a eacuteteacute reacuteveacuteleacutee tregraves efficace et plusieurs eacutetudes ont montreacute que le taux de mineacuteralisation des

colorants syntheacutetiques augmente avec lrsquoaugmentation des doses des reacuteactifs et du temps de

reacuteaction Le rapport des reacuteactifs R =

et le rapport

joue aussi un rocircle important

dans la vitesse de deacutegradation de colorants de deacutepart et sur le taux de mineacuteralisation (Kuo

1992)

Le proceacutedeacute Fenton possegravede trois (03) caracteacuteristiques attractives pour le traitement des

composeacutes organiques (Redha 2011)

Les radicaux hydroxyles OHbull produits reacuteagissent tregraves rapidement (10

9 fois plus reacuteactif

que le O3)

Les reacuteactifs sont simples agrave manipuler et sans danger pour lrsquoenvironnement

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Les produits finaux de deacutegradation (H2O CO2 ions mineacuteraux et hydroxydes ferriques)

nrsquointroduisent pas une pollution suppleacutementaire

Le proceacutedeacute de Fenton est composeacute geacuteneacuteralement de quatre eacutetapes principales ajustement du

pH oxydation neutralisation et coagulationpreacutecipitation Pour lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute la

reacuteaction de fenton ne peut se produire qursquoagrave un pH voisin ou eacutegal agrave 3 ce qui reacutesulte un ajout des

solutions acides Au-delagrave des valeurs de pH comprises entre 3 et 4 le fer (Fe2+

ou Fe3+

) est

susceptible de preacutecipiter et former des hydroxydes de fer induisant ainsi une faible activiteacute

catalytique Le milieu doit ecirctre approvisionneacute drsquoune maniegravere continue Ce qui peut alourdir les

couts de traitement

Le proceacutedeacute Fenton est consideacutereacute aujourdrsquohui comme le proceacutedeacute dont sa mise en œuvre est facile

et plus utiliseacute dans le monde pour le traitement drsquoeffluents industriels textiles mais le proceacutedeacute

est limiteacute par le manque de geacuteneacuteration du catalyseur qui neacutecessite geacuteneacuteralement un apport

constat en reacuteactif et qui contraint de ce fait agrave lrsquoapprovisionner en continu le milieu en peroxyde

drsquohydrogegravene (H2O2) tregraves couteux

III- LA LATERITE

Le Burkina-Faso est un pays de lrsquoAfrique occidentale avec une superficie de 274 000 kmsup2 et le

recouvrement lateacuteritique est un caractegravere dominant des paysages peacuteneacuteplaines ou tabulaires qui

caracteacuterisent sa plus grande partie Les lateacuterites se preacutesentent sous forme de plateaux eacutetendus

buttes teacutemoins cuirasses indureacutes etc Lrsquoeacutepaisseur de ces lateacuterites varie selon la nature des

formations sur lesquelles elles se reposent

La lateacuterite (du latin later brique) est une roche rouge ou brun qui se forme par alteacuteration des

roches sous les climats tropicaux Elle est constitueacutee du fer (Limonite ferrihydrite geothite

heacutematite) drsquoaluminium (Gibbsite cliachite boehmite) de titane de manganegravese et de

silicium On la trouve surtout en domaine intertropical et recouvre 33 des continents

Pour lrsquoeacutetude de la deacutegradation du colorant BM nous avons utiliseacute deux types de lateacuterite

provenant lrsquoune de la reacutegion de Koubri dans le Centre et contenant 314 de fer et lrsquoautre dans

la reacutegion Sud-Ouest du Burkina-Faso contenant 447 pour le traitement (Figure 4) Ces

lateacuterites ont eacuteteacute caracteacuteriseacutees au Laboratoire CRISMAT (Centre National de Recherche et de

Technologie Mateacuteriaux ENSI Caen) en France

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE

Lrsquoutilisation des substances organiques dans lrsquoindustrie sans traitement est la deacutegradation de la

qualiteacute des eaux qui se reacutepercute sur la santeacute de lrsquoecirctre humain Dans ce chapitre nous allons voir

les produits et mateacuteriels ainsi que la meacutethodologie expeacuterimentale utiliseacutes pour la deacutegradation du

colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute Fenton en phase homogegravene en utilisant le fer

industriel puis le fer extrait de la lateacuterite

Nous preacutesentons en premier lieu la technique du dosage du BM et les reacuteactifs utiliseacutes pour la

deacutegradation de notre colorant Nous eacutevoquons les techniques de caracteacuterisation de la lateacuterite par

diffraction des rayons X et analyse quantitative

I- PRODUITS ET MATERIELS

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite)

Pour lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite nous avons utiliseacute

certains reacuteactifs qui sont illustreacutes dans le tableau 2

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes

Produits Fournisseur Qualiteacute

Bleu de meacutethylegravene Fluka 96

Peroxyde drsquohydrogegravene

(H2O2)

Preacutepareacute par

Laboratoires Gilbert (CA 655-

301-3)

9

Acide sulfurique (H2SO4) Sigma-Aldrich (CA 7664-93-9) 95-97

Sulfate ferreux (FeSO4

7H2O

Fluka Chemika (CA44990) 98

Hydroxyde de Sodium

NaOH

Sigma Aldrich 32

Eau ultra-pure ou Milli-Q Polisseur drsquoeau du LEDES 0055 microScm ou 183

2- Mateacuteriels utiliseacutes

Les mateacuteriels utiliseacutes pour les suivis cineacutetiques de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite sont la spectrophotomeacutetrie DR 5000 la lateacuterite et les trois types drsquoacides

lrsquoacide sulfurique lrsquoacide chlorhydrique lrsquoacide nitrique pour lrsquoextraction du fer de la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM

Les eacutechantillons de lateacuterites utiliseacutees lors de ce travail ont eacuteteacute caracteacuteriseacutes au Laboratoire

CRISMAT (Centre National de Recherche Technologique Mateacuteriaux ENSI Caen) en France Ils

proviennent de deux reacutegions du Burkina-Faso (Dano et Koubri) contiennent respectivement 44

7 et 314 de fer et ont eacuteteacute obtenus par les analyses en diffraction des rayons X (DRX) et en

microscopie eacutelectronique agrave balayage (MEB)

Le principe de lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS

Lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS est une analyse quantitative en des points ou zones speacutecifiques dun

eacutechantillon en utilisant la spectromeacutetrie agrave seacutelection deacutenergie (EDS)

Son principe est que par lintermeacutediaire dun canon agrave eacutelectrons un faisceau deacutelectrons est envoyeacute

sur leacutechantillon En contact avec la matiegravere ces eacutelectrons interagissent de diffeacuterentes faccedilons

Le MEB-EDS du laboratoire va permettre dexploiter trois informations distinctes dont deux qui

vont ecirctre traduites en images

-Une image en eacutelectrons secondaires (SE) qui naicirct dune interaction entre les eacutelectrons du

faisceau et les eacutelectrons des couches eacutelectroniques de latome et qui nous donnera une

information topographique de leacutechantillon

- Une image en eacutelectrons reacutetrodiffuseacutes (BSE) qui reacutesulte de linteraction entre les eacutelectrons du

faisceau le noyau et le nuage eacutelectronique de latome et qui permettra de creacuteer une image par

contraste chimique

- Une troisiegraveme information que lon obtient est une analyse eacuteleacutementaire le microscope

eacutelectronique agrave balayage eacutetant coupleacute agrave un deacutetecteur de rayons X agrave dispersion deacutenergie

Le principe de lrsquoanalyse par Diffraction Rayon X (DRX)

La diffraction des rayons X est une technique danalyse fondeacutee comme son nom lrsquoindique sur la

diffraction des rayons X sur la matiegravere La diffraction des rayons X est un pheacutenomegravene

dinterfeacuterence constructive qui se produit quand un faisceau de rayons X (onde

eacutelectromagneacutetique) peacutenegravetre dans un cristal (empilement peacuteriodique datomes) Il peut donc

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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apparaitre quand on place un monocristal un poly-cristal ou une poudre devant une source de

rayons X Lemplacement des faisceaux diffracteacutes nous informe sur la peacuteriodiciteacute du (des) cristal

tandis que lintensiteacute de ces faisceaux nous informe sur la nature et la position des atomes

contenus dans le cristal La position des intensiteacutes diffracteacutees nous renseignera sur la taille de la

maille tandis que lintensiteacute nous permettra de calculer la position des atomes dans la maille

ainsi que leur nature Les proprieacuteteacutes chimiques ou physiques dun mateacuteriau deacutependent de la

position et la nature des atomes du cristal

Les caracteacuteristiques du diffractomegravetre des eacutechantillons de la poudre de lateacuterite analyseacutee sur un

diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 eacutequipeacute drsquoun monochromateur avant et drsquoun deacutetecteur Lynx-

Eye sont rassembleacutees dans le tableau et figures ci-dessous

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Position initiale [deg2Th] 10 0050

Position finale [deg2Th] 99 9910

Taille [deg2Th] 00110

Temps drsquoeacutetape de balayage [s] 1170

Fente de divergence Fixed

Fente de divergence [mm] 2

Tempeacuterature de mesure [degC] 21

Mateacuteriel drsquoanode Cu

K Alpha 1 [Aring] 154060

Geacuteneacuterateur 40 mA 40 kV

Monochromateur de rayon incident Oui

Rotation Non

Ouverture de deacutetecteur [deg] 35

Deacutetecteur de discrimination LL [V] 017

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri

Les diffeacuterentes phases des eacutechantillons de lateacuterites par lrsquoanalyse en diffraction RX sont

reacutecapituleacutees sur ce tableau

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

Phase Koubri Dano

-massique -massique

Phase majoritaire Kaolinite 333 36

Quartz 326 161

Deuxiegraveme sous-ensemble de phase Goethite FeO(OH) 211 352

Heacutematite Fe2O3 73 63

Ferrite

(fer-alpha)

3 32

Phase anatase TiO2 27

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene

La solution megravere du BM de concentration 1 g L-1

a eacuteteacute preacutepareacutee en mettant les cristaux dans un

litre drsquoeau distilleacutee Les solutions standard pour lrsquoeacutetablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage ont

eacuteteacute obtenues par des dilutions successives jusqursquoaux concentrations deacutesireacutees

Le suivi de lrsquoeacutevolution de la concentration du BM au cours du temps est fait par

spectrophotomeacutetrie UVVisible

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible

La spectrophotomeacutetrie est une technique analytique quantitative qui consiste agrave mesurer

lrsquoabsorbance ou la densiteacute optique drsquoune substance chimique donneacutee en solution La meacutethode

repose sur la loi de Beer-Lambert qui eacutenonce

Lorsqursquoune substance absorbe de la lumiegravere dans le domaine de lrsquoultra-violet et du

visible lrsquoeacutenergie absorbeacutee provoque des perturbations dans la structure eacutelectronique des

atomes ions ou moleacutecules Un ou plusieurs eacutelectrons utilisent cette eacutenergie pour sauter

drsquoun niveau de basse eacutenergie agrave un niveau de plus haute eacutenergie Ces transitions

eacutelectroniques se font dans le domaine de 350 agrave 800nm pour le visible et entre 200 agrave 350

nm pour lrsquoultra-violet

Un milieu homogegravene traverseacute par la lumiegravere absorbe une partie de celle-ci les

diffeacuterentes radiations constituant le faisceau incident sont diffeacuteremment absorbeacutees

suivant leur longueur drsquoonde et les radiations transmisses sont alors caracteacuteristiques du

milieu

Soit un rayon lumineux monochromatique de longueur drsquoonde λ traversant un milieu

homogegravene drsquoeacutepaisseur l Le taux de deacutecroissance de lrsquointensiteacute lumineuse en fonction de

lrsquoeacutepaisseur du milieu absorbant est donneacute par la loi de Lambert

A= log (

) (Eq4)

Avec

I0 intensiteacute initiale de la lumiegravere traverseacutee

I intensiteacute de la lumiegravere transmise

A absorbance

La spectrophotomeacutetrie UVVisible permet de suivre la deacutecoloration des solutions gracircce aux

absorbances qui eacutevoluent en fonction du temps de traitement Elle permet eacutegalement de suivre

lrsquoeacutevolution des ions gracircce agrave leurs diffeacuterents dosages

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM

a- Deacutetermination des longueurs drsquoondes drsquoabsorption maximale

Le spectre drsquoabsorbance du BM a eacuteteacute balayeacute entre 200 et 800 nm afin de suivre quantitativement

sa concentration Les pics de notre colorant sont obtenus agrave 661nm et 291nm (fig 8) Les

diffeacuterentes absorbances ont eacuteteacute deacutetermineacutees et une courbe deacutetalonnage a eacuteteacute traceacutee en utilisant

des solutions standard variant de 0 agrave 8 mg L-1

pour les deux longueurs drsquoondes

Figure 8 Spectre du Bleu de meacutethylegravene

b- Etablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage du BM

La concentration [Fx] des solutions eacutetalon varie de 1 agrave 8 mg L-1

Les volumes agrave preacutelever sont

calculeacutes en appliquant lrsquoeacutequation suivante

(Eq5)

Avec [Fx] - Concentration de lrsquoeacutetalon

Vx - Volume drsquoeacutetalon agrave preacuteparer

[M] - Concentration de la solution megravere

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene

Solution Zero 1 2 3 4 5

Concentration [mgL-1] 0 2 3 4 6 8

Volume neacutecessaire [mL] 0 02 03 04 06 08

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour tracer la courbe drsquoeacutetalonnage nous avons introduit les diffeacuterents volumes dans des fioles de

100 mL ensuite nous avons compleacuteteacute agrave lrsquoeau distilleacutee jusqursquoau trait de jauge On a mis la

spectrophotomeacutetrie en marche et proceacutedeacute agrave la lecture du blanc puis successivement des solutions

eacutetalons

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm)

Solution 0 1 2 3 4 5

Con (mg L-1

) 0 2 3 4 6 8

Absorbance (nm) pour λ = 661 0 085 13 18 23 3

Absorbance (nm) pour λ = 291 0 04 06 09 12 17

Figure 9 Courbe deacutetalonnage (λmax = 661 nm et λmax = 291 nm) variation de labsorbance en

fonction de la concentration du BM

4- Preacuteparation des solutions de fer

a- Solution de fer industriel

Le reacuteactif utiliseacute est le sulfate ferreux ou sulfate de fer (II) drsquoune poudre blanchacirctre agrave lrsquoeacutetat

anhydre dont la formule est FeSO4 7H2O Pour la preacuteparation du Fe2+

de concentration 3 g L-1

nous avons verseacute 3 g du sulfate ferreux anhydre dans une fiole de 1 L contenant 500 mL drsquoeau

milli-Q puis ajouter une (1) goutte drsquoacide sulfurique (H2SO4) concentreacute agrave 98 dans la fiole et

laisser agiter pendant 30 secondes Apregraves compleacuteter jusqursquoau trait de jauge et placer sous

agitation durant 1 h jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune solution de couleur rouge brique

b- Solution de fer de la lateacuterite

Pour la deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite les solutions de la lateacuterite

ont eacuteteacute preacutepareacutees de la maniegravere suivante

Pour le lit de lateacuterite nous avons preacuteleveacute

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

Compleacuteter drsquoeau milli-Q (eau ultra pure) jusqursquoau trait de jauge

y = 03938x

Rsup2 = 09869

0

05

1

15

2

25

3

35

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

661nm

y = 02094x

Rsup2 = 09972

0

02

04

06

08

1

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

291 nm

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Ajuster par la suite le pH de la solution agrave 3 avec lrsquoacide sulfurique (concentreacute agrave

95-97)

Figure 8 Lit de lateacuterite

Pour la lateacuterite attaqueacute par de lrsquoacide concentreacute pour lrsquoextraction du Fer

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

30 m L drsquoacide (HClHNO3H2SO4)

Ajouter avec prudence 20 mL drsquoeau milli-Q pour avoir 50 mL de solution

Preacutelever le surnageant pour le traitement du bleu de meacutethylegravene

Figure 9 Attaque acide de la lateacuterite

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton

Lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM srsquoest faite par trois diffeacuterentes eacutetapes

Une solution du BM est soumise agrave un traitement par proceacutedeacute Fenton en utilisant du H2O2

et le fer industriel (Fe2+

) ajustement du pH agrave 3 (Fig12)

Figure 10 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour la deacutegradation du BM en utilisant la lateacuterite deux eacutetapes ont eacuteteacute imageacutes lrsquoune par

un lit de lateacuterite et lrsquoautre par la lateacuterite attaqueacutee par trois types drsquoacides (Fig13)

Figure 11 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM

Nous avons deacutetermineacute la cineacutetique de deacutecoloration agrave partir des valeurs des absorbances trouveacutees

agrave 661nm La deacutetermination de la constante de vitesse kapp permet de donner un ordre de

grandeur de la vitesse Expeacuterimentalement on peut montrer que la vitesse de reacuteaction bilan du

BM srsquoeacutecrit de la maniegravere suivante

Bleu de meacutethylegravene + OHbull rarr sous-produit du bleu de meacutethylegravene (Eq6)

Pour la cineacutetique drsquoordre 1

V = -

= kapp (Eq7) reacuteaction de pseudo ordre un laquo1 raquo

Avec

V vitesse de deacutegradation catalytique (mg L-1

h-1

)

kapp constante apparente de deacutegradation (min ou h-1

)

[BM] concentration du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

t temps de reacuteaction (h)

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

Ln (

) = kapp t (Eq8)

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 12 Reacuteaction de pseudo ordre 1

Pour la cineacutetique drsquoordre 2

V = -

= kapp (Eq9) reacuteaction de pseudo ordre un laquo2 raquo

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

int

= - int

(Eq10)

(Eq11)

Figure 13 Reacuteaction de pseudo ordre 2

Pour le calcul des rendements ou taux drsquoabattement (τ) agrave lrsquoissu des eacutetudes cineacutetiques de

deacutegradation du BM nous avons utiliseacute cette formule ci-dessous

τ =

(Eq12)

Rsup2 = 09863

-070

-060

-050

-040

-030

-020

-010

000

0 2 4 6 8

ln (C

Co)

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 1

Rsup2 = 09499

0

0005

001

0015

002

0025

003

0 2 4 6 8

1C

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 2

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL

Tous les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes agrave tempeacuterature ambiante (25degC) Les concentrations du bleu de

meacutethylegravene choisies pour lrsquoexpeacuterience sont 10 et 40 mg L-1

1- Effet de pH du milieu

Etant donneacute que le proceacutedeacute Fenton est baseacute sur lrsquoeffet catalytique du Fer et plus preacuteciseacutement

du Fe2+

il nous est paru neacutecessaire de commencer lrsquoeacutetude par la deacutetermination du pH

optimale pour le proceacutedeacute Lrsquoajustement du pH du milieu srsquoeffectue agrave lrsquoaide drsquoune solution

drsquoacide sulfurique Ce choix est justifieacute par lrsquoexistence deacutejagrave au sein de la solution des ions

2-

suite agrave lrsquoaddition du Fe2+

sous la forme de FeSO4 7H2O

Les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes avec une concentration en BM de 20 mg L-1

un rapport R = 15

correspondant agrave des concentrations de 6 et 040 mg L-1

en H2O2 et Fe2+

respectivement et

pour des valeurs de pH variant entre 3 et 5 Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacute sur figure 16

Figure 14 Effet du pH

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t = 20

min)

pH Rendement ()

3 96

35 5245

4 6156

5 5509

000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 5 10 15 20

[BM

] m

gL

ˉˡ

temps de deacutegradation (mn)

pH = 3

pH = 35

pH = 4

pH = 5

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Drsquoapregraves le tableau preacutecegravedent nous observons que le pH favorable pour la deacutegradation du BM

par le proceacutedeacute Fenton est pH = 3 avec un taux de deacutegradation de 96 au bout de 20 min

De nombreux travaux sur les proceacutedeacutes Fenton ont montreacute que le pH 3 semble ecirctre la meilleure

valeur pour une deacutegradation optimale des polluants organique ((Tang and Huang 1996 Kuo

and Lo 1999) Pour la suite du travail nous adopterons deacutesormais cette valeur de pH

2- Effet de la concentration en BM

Nous avons traiteacute agrave un pH = 3 et agrave 25degC deux solutions du BM de concentration diffeacuterentes

(10 mg L-1

et 40 mg L-1

) en fixant les concentrations de Fe2+

agrave 134 mg L-1

et celle du H2O2 agrave

6 mg L-1

(figure 17)

Figure 15Effet de la concentration du BM

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM

[BM] mg L-1

Rendement () Temps de

deacutecoloration (min)

10 9738 8

40 9565 14

Nous avons constateacute que la concentration du BM de concentration 10 mg L-1

srsquoest deacutegradeacutee

rapidement et complegravetement avec un temps de deacutecoloration (td) de 8 min tandis que celle de

40 mg L-1

est plus lente avec un td de 14 min Donc plus la solution est concentreacutee plus le

temps de deacutegradation est important

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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La cineacutetique de deacutecoloration du colorant BM de concentrations respectives de 10 et

40 mg L-1

obeacuteit agrave la loi cineacutetique de pseudo premier

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM

Solution kapp

BM = 10 mg L-1

028

BM = 40 mg L-1

010

La deacutetermination de la constante apparente de vitesse montre eacutegalement que cette derniegravere

varie en fonction de la concentration en BM En effet la valeur de kapp est deux fois plus

supeacuterieure pour une concentration en BM de 10 mg L-1

que pour celle de 40 mg L-1

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene

Figure 16 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel

Une solution du bleu de meacutethylegravene de concentration 40 mg L-1

est soumise agrave un traitement par

proceacutedeacute Fenton en utilisant 6 mg L-1

de H2O2 et le fer industriel agrave une concentration de 134

mg L-1

Des preacutelegravevements ont eacuteteacute effectueacutes agrave des intervalles reacuteguliers de temps afin de suivre

lrsquoeacutevolution de la deacutegradation par Spectrophotomeacutetrie Lrsquoanalyse spectromeacutetrique des

eacutechantillons est effectueacutee par un balayage du spectre UV-Visible entre 200 et 800 nm (figure

18)

Nous remarquons que plus le temps de traitement est important plus le pic drsquoabsorbance dans

le visible agrave 661 diminue drsquointensiteacute pour srsquoannuler complegravetement agrave partir du 30 min Par

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contre le pic dans le domaine UV agrave 291 il diminue certes drsquointensiteacute mais ne srsquoannule pas

mecircme apregraves 45 min de traitement

Ce reacutesultat nous permet de conclure que le proceacutedeacute Fenton permet une deacutegradation partielle

de la moleacutecule du BM au bout de notre temps de reacuteaction Drsquoapregraves Cao et al (1999) les pics

appartenant aux domaine drsquoUV entre 200 et 260 sont relatives au cycle benzegravene mono ou

poly substitueacute Ceci revient agrave dire que la deacutegradation du BM passe par deux eacutetapes

Deacutegradation du groupement fonctionnel de la moleacutecule du BM (λ = 661 nm) crsquoest agrave

dire que la rupture de lrsquoheacuteteacuterocycle central entraine la perte des conjugaisons des deux

lateacuteraux ce qui explique la deacutecoloration plus ou moins rapide de la solution

La deacutegradation des cycles benzegravene persistant en solution est beaucoup plus lente

puisque lrsquointensiteacute de ce pic (λ = 291 nm) diminue mais ne srsquoannule pas alors que la

solution est claire On peut dire eacutegalement que cette deacutegradation des cycles benzegravene

persistants est due au temps de reacuteaction trop court

4- Effet de la concentration du H2O2

a) En Absence de Fer

En utilisant deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

nous

avons varieacute les concentrations du H2O2 de 1 agrave 6 mg L-1

en absence du fer agrave un pH = 3 et agrave

tempeacuterature ambiante Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacutes sur la figure ci-dessous

Figure 19 Deacutegradation du BM par H2O2 seul

Quel que soit la concentration du BM 10 mg L-1

ou 40 mg L-1

lrsquoeffet du H2O2 sur la

deacutegradation du colorant est pratiquement nulle En effet apregraves un temps arbitraire de 20 min

de traitement on remarque un taux drsquoabattement de 17 pour la concentration en BM de 10

mg L-1

alors qursquoil est nul pour une concentration initiale de 40 mg L-1

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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Il est donc clair que le pouvoir oxydant du H2O2 nrsquoest pas assez suffisant pour pouvoir

deacutegrader le BM En effet le H2O2 agrave un pouvoir oxydant de Edeg = 176 VENH par contre

celui drsquoOHbull est de 28 VENH

La mecircme conclusion a eacuteteacute observeacute par Naima (2008) sur lrsquoutilisation du H2O2 seul dans le

traitement des huiles drsquoolive (margines) Le reacutesultat a donneacute que le H2O2 seul pour des valeurs

de concentrations 3 et 20 g L-1

ne peut eacuteliminer totalement la margine de lrsquoeffluents drsquohuilerie

drsquoolive de concentration initiale de 1 g L-1

la moyenne de taux drsquoabattement obtenue ne

deacutepasse pas la valeur de 32 Yameogo (2013) a remarqueacute eacutegalement que lrsquoutilisation du

H2O2 seul nrsquoa eu aucune influence sur la deacutegradation de lrsquoamarante par proceacutedeacute photo-fenton

et heacuteteacuterogegravene avec charbon actif la concentration nrsquoa pas varieacute tout au long du traitement

b) En preacutesence du Fer

Lrsquoefficaciteacute du traitement est donc tributaire de lrsquoexistence de deux entiteacutes H2O2 et Fe2+

En

effet Bach et al (2010) ont utiliseacute le Fe2+

pour traiter lrsquoeau industrielle ils ont trouveacute que le

fer a permis de mineacuteraliser 95 drsquoeacutethylegravene-glycol et 85 de pheacutenol dans une eau industrielle

par proceacutedeacute Fenton Marciel et al (2004) ont remarqueacute que lrsquoapport de sulfate ferreux a

ameacutelioreacute la reacuteduction du COT de 45 agrave 55 lors drsquoune eacutetude drsquooxydation drsquoune solution

pheacutenolique par le proceacutedeacute photo-fenton

Pour la suite Nous avons maintenu la mecircme variation des concentrations en H2O2 (de 1 agrave 6

mg L-1

) mais en additionnant le fer industriel (sulfate ferreux) avec une concentration de 134

mg L-1

pour deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

agrave

tempeacuterature ambiante et agrave un pH eacutegale agrave 3 Ceci revient qursquoen solution le rapport R =

varie de 075 15 25 5 (Figure 20)

Figure 17 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

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Quel que soit la concentration initiale en BM ou en H2O2 lrsquoaddition du fer a entraineacute

lrsquoapparition de la deacutegradation graduelle de la coloration

Plus la concentration en H2O2 est importante plus la vitesse de deacutegradation augmente

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

[BM] mg L-1

10 40

Variation de H2O2 Rendement () Rendement ()

1 6730 5508

2 8522 7029

3 9769 9632

6 9954 9860

La figure 20 montre que taux de deacutecoloration en preacutesence du catalyseur devient plus

important avec lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 Il passe apregraves 60 min de

traitement de 6730 pour une concentration en H2O2 de 1 mg L-1

agrave 9954 pour celle de 6

mg L-1

Ceci est parfaitement preacutevisible puisque lrsquoexistence de lrsquoHydroxyde radicalaire principale

responsable de la deacutegradation est tributaire de la concentration initial en H2O2 (Eq2 sect 11)

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence de

la variation du H2O2

[BM] = 10 mg L-1

[BM] = 40 mg L-1

Ordre de la

reacuteaction k k

075 00036 00005 Ordre 2

15 00092 00007

25 0067 0065 Ordre 1

5 02879 0103

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Nous remarquons que lorsque la concentration en H2O2 augmente lrsquoordre partiel de la reacuteaction

change En effet pour des concentrations en H2O2 lt 3 mg L-1

la reacuteaction de deacutegradation est de

lrsquoordre 2 alors que pour des concentrations plus eacuteleveacutees elle est drsquoordre 1

Nadjette (2009) a montreacute que la deacutegradation du Meacutethyle Orange en preacutesence de dioxyde de

titane (TiO2) suit une cineacutetique drsquoordre 1 Redha (2011) a trouveacute eacutegalement lrsquoordre partiel de

la reacuteaction est eacutegal agrave 1 lors de son eacutetude sur le traitement du Rouge drsquoalizarine S et lrsquoOrange

G par proceacutedeacute drsquooxydation avanceacutee (POA)

Bennani et al (2010) ont eacutelimineacute le bleu de meacutethylegravene en solution aqueuse par lrsquoargile de Safi

(Maroc) Les reacutesultats ont montreacute que le pseudo-second ordre peut deacutecrire le comportement

cineacutetique de lrsquoadsorption du bleu de meacutethylegravene sur lrsquoargile brute et celle purifieacutee Des reacutesultats

similaires ont eacuteteacute observeacutes Gurses et al (2006) et Tsai et al (2007)

Les valeurs de kapp obtenus pour une solution de concentration initiale en BM de 10 mg L-1

sont supeacuterieures agrave celles obtenues pour la solution de 40 mg L-1

et ce lagrave quel que soit lrsquoordre

de la reacuteaction ou la concentration en H2O2 en solution Ces valeurs augmentent avec

lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 et passe de 36 10-3

agrave 02879 et de 05 10-3

agrave 0103

pour une les solutions en BM de 10 et 40 mg L-1

respectivement

5- Effet de la concentration en fer

Pour la suite nous eacutetudierons lrsquoeffet de la concentration en Fer sur lrsquoefficaciteacute du traitement

du BM pour deux solutions de concentration 10 et 40 mg L-1

en BM Les essais ont eacuteteacute

reacutealiseacutes en maintenant constante la concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

et en faisant varieacute la

concentration en Fe2+

de 02 agrave 134 mg L-1

correspondant agrave une variation du rapport R =

de 5 agrave 30

Figure 18 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM

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En absence de fer aucune baisse dans la concentration en BM nrsquoest observeacutee Pourtant degraves

lrsquoajout drsquoune faible concentration (02 mg L-1

) entraine une diminution progressive de la

couleur au cours du temps Il est eacutegalement observeacute que quel que soit la concentration initiale

en BM le temps de deacutegradation (td) du colorant est inversement proportionnel agrave la

concentration en Fe2+

en solution En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

td

passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 alors que pour une concentration

de 40 mg L-1

il passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig22)

Figure 19 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer industriel

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction du rapport R

[BM] = 10 mg L

-1 [BM] = 40 mg L

-1

kapp kapp

OR

DR

E

1

par

rapport

agrave B

M 30 00027 00125

15 00061 00321

10 0026 00496

5 02879 0103

Nous remarquons que lrsquoeffet de lrsquoaugmentation de la concentration en Fe2+

en solution sur la

cineacutetique de deacutegradation du BM est beaucoup plus important pour des faibles concentrations

(10 mg L-1

) que pour les fortes concentrations (40 mg L-1

) En effet pour une variation de R de

30 agrave 10 kapp eacutevolue de 27 10-4

min agrave 26 10-2

min soit un facteur 100 pour une concentration

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en BM de 10 mg L-1

alors qursquoelle eacutevolue de 00125 agrave 005 soit un facteur 4 pour une

concentration en BM de 40 mg L-1

Drsquoapregraves ces reacutesultats on peut conclure drsquoune faccedilon geacuteneacuterale que la preacutesence drsquoune forte

concentration du catalyseur favorise la formation des radicaux OHbull principaux responsable de

la deacutegradation du BM Pourtant il a eacuteteacute montreacute dans plusieurs eacutetudes (Brillas et al 2004

Diagne 2006 Oturan et al 1999) que le Fe2+

ajouteacute agrave forte dose entraine une perte du

rendement du proceacutedeacute puisque le Fe2+

en plus de son rocircle de catalyseur peut jouer un rocircle de

destructeur crsquoest-agrave-dire qursquoil piegravege les OHbull produits

Lrsquoeacutelimination des polluants reacutefractaires est donc tributaire de la preacutesence des ions meacutetallique

sauf qursquoil neacutecessite un apport important en Fe2+

ce qui entraine un coucirct (Bouafia 2010)

Crsquoest pour cette raison que nous avons opteacute pour lrsquoutilisation de la lateacuterite en faisant une

attaque acide afin drsquoextraire le fer pour traiter le BM

II- UTILISATION DE LATERITE

Les eacutechantillons de la lateacuterite choisie se preacutesentent tous sous forme de poudres de couleur

ocre Lrsquoapplication drsquoun proceacutedeacute qui neacutecessite des quantiteacutes preacutecis de fer est un peu difficile

pour un pays dont le taux drsquoalphabeacutetisation est seulement de 218 et un seuil de pauvreteacute

(PIB par habitant est eacutegal agrave 1500 $) En effet lrsquoajout drsquoune forte concentration du catalyseur

dans la solution agrave traiter peut diminuer lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute Fenton Lrsquoanalyse DRX a

montreacute que la lateacuterite existante au Burkina-Faso est riche en fer En effet pour la reacutegion de

Dano le pourcentage en fer atteint 44 en masse alors que pour Koubri il est de 31

La premiegravere question auquel on srsquoeacutetait poseacute est si le fer eacutetait facilement ex tractable ou bien il

neacutecessite une mineacuteralisation preacutealable

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

La figure ci-dessous montre lrsquoallure de lrsquoeffet de lit de lateacuterite de Dano drsquoune part et celui de

Koubri drsquoautre avec ajustement de pH dans une solution du BM de concentration 40 mg L-1

en maintenant ma concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

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Figure 20 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

Nous observons que la solution du BM en contact avec le lit de Dano se deacutegrade plus vite que

celle en contact avec le lit de lateacuterite de Koubri Cela est ducirc au fait que la lateacuterite de Dano

libegravere plus facilement sa phase ferrique par rapport agrave celle de Koubri

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri)

Dans ce cadre nous avons compareacute lrsquoeffet drsquoun lit de lateacuterite (ajustement du pH) et une lateacuterite

attaqueacutee avec du H2SO4 sur une solution du BM agrave 40 mg L-1

La concentration en H2O2 eacutetant

maintenue agrave 6 mg L-1

(figure 24)

Figure 21 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri

La figure 24 montre que la quantiteacute de colorant deacutegradeacutee deacutecroit plus rapidement dans le cas

de lrsquoattaque acide Ce comportement est ducirc qursquoelle libegravere plus de Fe2+

en solution Le Fe2+

en

contact avec le H2O2 forme les radicaux hydroxyles (OHbull) pour le traitement des polluants

organiques par le proceacutedeacute Fenton

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

[BM] mg

L-1

Dano Koubri

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Rendement

()

4394 9991 364 9685

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Le taux drsquoabattement du BM par lrsquoattaque acide sur la lateacuterite de Dano est de 9991 apregraves

un temps de manipulation de 5 heures alors que celui du lit de lateacuterite (ajustement du pH) est

de 4394 pour le mecircme intervalle de temps

Cette diffeacuterence de rendement entre les lits de deux lateacuterites (Dano 4394 et Koubri

364) est due que la lateacuterite de Dano libegravere plus facilement sa phase ferrique que celle de

Koubri Etant donneacute que les phases ferriques sont les mecircmes pour les deux lateacuterites on

pourrait conclure que la diffeacuterence provient aussi du fait que la lateacuterite de Dano est beaucoup

plus riche en fer Ce qui facilite son extraction et que pour Koubri la phase Anastase en TiO2

pourrait gecircner son extraction

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et

Koubri)

Nous avons compareacute lrsquoefficaciteacute de 3 acides (sulfurique laquoH2SO4raquo chlorhydrique laquoHCl raquo et

nitrique laquoHNO3raquo) pour lrsquoextraction du fer des lateacuterites La concentration de la solution du

BM utiliseacutee est de 40 mg L-1

la concentration en H2O2 est toujours maintenue agrave 6 mg L-1

Figure 22 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri

La figure 25 montre que la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est la plus efficace pour la

deacutecoloration de la solution En effet Pour la lateacuterite de Dano le td est de 40 mn pour le H2SO4

et drsquoune heure (1h) et 1h30 pour le HNO3 et le HCl respectivement Pour celle de Koubri le

td de la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est drsquoune heure (1h) tandis que pour des deux autres

acides HCl et HNO3 les td sont respectivement de deux (2h) et quatre heure (4h)

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri

[BM] mg L-1

Dano Koubri

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Rendement () 9991 9890 9797 9685 9593 9223

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On peut deacuteduire que lrsquoefficaciteacute de lrsquoattaque acide par le H2SO4 utiliseacute pour extraire le fer de

la lateacuterite est due au caractegravere diacide (H2SO4)

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri)

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig26)

Figure 23 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer extrait de la lateacuterite

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction des attaques acides (Dano et Koubri)

Attaque acide Dano Koubri

kapp

OR

DR

E 1 par

rapport

agrave B

M

HCl 00127 00094

HNO3 00131 00096

H2SO4 00142 00194

Nous remarquons que lrsquoutilisation de la lateacuterite de Dano ne change pas lrsquoordre apparent de la

vitesse de deacutegradation qui reste eacutegale 1 La valeur de kapp varie de 127 10-2

min-1

pour HCl et

142 10-2

min pour H2SO4 ce qui confirme bien le reacutesultat obtenu pour la figure 19

Pour la lateacuterite de Koubri la valeur de kapp varie de 910-3

min-1

pour HCl et 194 10-2

min-1

pour H2SO4

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5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer

de la lateacuterite (Dano et Koubri)

Sur la figure 27 nous avons superposeacute les reacutesultats obtenus pour la deacutegradation drsquoune solution

de 40 mg L-1

du BM en preacutesence de 6 mg L-1

de H2O2 avec lrsquoajout de Fer extrait de la lateacuterite

de Dano et Koubri drsquoune part et le fer industriel drsquoautre part

Figure 24 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel

Il est montreacute que le taux de deacutegradation obtenu est perceptiblement le mecircme seule reste un

handicap le temps de traitement 20 min pour le fer industriel 40 min pour le fer extrait de la

lateacuterite de Dano et 1h pour celui de Koubri

Le traitement par la lateacuterite de Dano est efficace et preacutesente donc un avantage certains

puisqursquoil permet de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du BM par rapport agrave celui par la lateacuterite de

Koubri qui deacutegrade seulement que 9796

Beaucoup drsquoeacutetudes ont eacuteteacute faites sur lrsquoeacutelimination du bleu de meacutethylegravene En utilisant le

charbon actif commercial CECA40 de granulomeacutetrie infeacuterieure agrave 125 μm Houas et al (1999)

ont eacutelimineacute 93 du BM dans lrsquoeau pour un temps de contact de 5heures Kumar and

Tamilarasan (2013) ont utiliseacute 01g de charbon actif agrave base des graines drsquoacacia pour eacuteliminer

9312 de BM Bennani et al (2010) ont eacutetudieacute lrsquoadsorption BM sur lrsquoargile brute et

purifieacutee Ils ont montreacute que le processus drsquoadsorption est tregraves rapide et que 95 de la quantiteacute

adsorbeacutee est atteinte pendant les dix premiegraveres minutes Talidi (2006) a utiliseacute la pyrophyllite

(argile) il a montreacute que lrsquoadsorption du BM est de lrsquoordre de 7845 6658 et 5471

respectivement pour les concentrations initiales de 75 225 et 374ppm Sassi and Bennour

(2011) ont utiliseacute le traitement biologique par Biosorption du BM par Pseudomonas

Aeruginosa isoleacute agrave partir drsquoune boue de laiterie a montreacute un taux drsquoeacutelimination du BM variant

de 45 agrave 55 aux valeurs de pH = 7 et 8

Nous pouvons dire que le traitement par la lateacuterite a permis de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du

BM par rapport aux eacutetudes faites en utilisant drsquoautres mateacuteriaux et que la lateacuterite recouvre

000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 100 200 300

[BM

] mg

Lˉˡ

temps de traitement (mn)

Attaque acide

(Dano)

Attaque acide

(Koubri)

Fer industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page 37

33 du continent mondial ce qui pourrait rendre son utilisation moins chegravere par rapport aux

autres traitements (Fer industriel Charbon actifhellip) puis qursquoon nrsquoa pas fait une eacutetude

eacuteconomique pour voir son cout

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page 38

CONCLUSION

Ce travail qui a porteacute sur la deacutegradation du colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute

Fenton en comparant les performances obtenues entre lrsquoutilisation du fer industriel (Fenton

classique) et le fer extrait de la lateacuterite ont montreacute que

Pour lrsquoutilisation du fer industriel la deacutegradation du BM est obtenue agrave une valeur de 3 pour

une variation du rapport des concentrations R de 15 agrave 5 et que lrsquoutilisation du peroxyde (H2O2)

seul ne peut pas deacutegrader le BM car son pouvoir oxydant nrsquoest pas assez suffisant pour

pouvoir deacutegrader le colorant Lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute est donc intimement lieacutee agrave lrsquoexistence de

deux reacuteactifs En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

le temps de deacutecoloration

(td) passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 et pour celle de 40 mg L-1

il

passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R Le traitement du BM par proceacutedeacute

fenton est donc tributaire de lrsquoutilisation de Fe2+

Afin de minimiser le coucirct du traitement et surtout voir lrsquoefficaciteacute du traitement en utilisant la

lateacuterite nous avons essayeacute de remplacer le fer industriel par le fer extrait de la lateacuterite

provenant de deux reacutegions du Burkina-Faso Dano et Koubri

Les reacutesultats obtenus par lrsquoutilisation du fer de la lateacuterite sont inteacuteressants pour des eacutetudes sur

drsquoautres colorants En effet le lit de lateacuterite avec ajustement du pH a permis une deacutegradation du

colorant de 44 pour un temps de traitement de 5h tandis que le traitement par lrsquoattaque acide

lui a deacutegradeacute le BM de pregraves que 100 En effet les taux drsquoabattements pour lrsquoattaque acide de

la lateacuterite de Dano et de Koubri sont respectivement de 99 au bout de 40 min et de 97 pour

une manipulation drsquoenviron 1 h

Cette eacutetude sur la deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en utilisation le fer de la lateacuterite

nous a permis de montrer qursquoil est possible de simplifier de point de vue utilisation et coucirct le

proceacutedeacute Fenton pour les colorants syntheacutetiques drsquoeffluents industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page 39

PERSPECTIVES

En perspectives il serait inteacuteressant

De faire une eacutetude approfondi pour voir le cout du traitement du proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite

Essayer de traiter drsquoautres familles de colorants en utilisant la lateacuterite attaqueacutee par

lrsquoacide pour voir lrsquoefficaciteacute du systegraveme

Appliquer le traitement sur des effluents textiles reacuteels

Imaginer un systegraveme de traitement agrave grand eacutechelle

Essayer le traitement sur drsquoautres polluants reacutecalcitrant PCB pheacutenol pesticides

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Page 5: Dégradation des effluents textiles (cas d’un colorant

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page iv

REMERCIEMENT

Le travail de recherches qui fait lrsquoobjet de meacutemoire a eacuteteacute reacutealiseacute au Laboratoire Eau Deacutepollution

Ecosystegraveme et Santeacute (LEDES) de 2IE Jrsquoexprime ma profonde gratitude au Directeur de recherche

le Professeur Hamma YACOUBA et au Directeur du LEDES le Docteur Yacouba KONATE pour

mrsquoavoir accueillie au sein de leurs eacutequipes Je tiens agrave remercier toute lrsquoeacutequipe du laboratoire pour

leur disponibiliteacute leur conseil et la confiance qursquoelle mrsquoa teacutemoigneacute en me donnant une liberteacute

drsquoaction dans la reacutealisation de ce travail en particulier Mr HEMA Sohamai

Jrsquoadresse mes vifs remerciements agrave mes deux encadreurs Dr Hela HAROUI et Dr Yohan

RICHARDSON pour avoir suivi ce travail avec un grand inteacuterecirct Ils ont su me donner un esprit

critique un esprit de discernement une rigueur lors de la reacutealisation des essais et analyses au

laboratoire et de ma reacutedaction Leurs attentions inlassables et leurs enthousiasmes de chercheurs

ont instaureacute une ambiance propice au travail et mrsquoont donneacute gout agrave la recherche Qursquoils soient

assureacutes de ma profonde gratitude

Pour finir crsquoest avec beaucoup de plaisir que jrsquoexprime ma sympathie agrave mes camarades de classe

pour leur bonne humeur leur collaboration leur soutien amical et chaleureux

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Table de matiegravere

DEDICACE i

RESUME ii

ABSTRAT iii

REMERCIEMENT iv

TABLE DE MATIERE v

LISTE DES FIGURES vii

LISTE DES TABLEAUX viii

LISTE DES ABREVIATIONS ix

INTRODUCTION GENERALE 1

CHAPITRE I REVUE BIBLIOGRAPHIQUE 4

I- LES COLORANTS (Caracteacuteristiques classification et toxiciteacute) 4

1- Historique des colorants 4

2- Deacutefinition des colorants 4

3- Classification des colorants syntheacutetiques 4

4- Les colorants aziniques (thiazines) 5

5- Toxiciteacute des colorants 5

6- Proprieacuteteacutes physico-chimiques du bleu de meacutethylegravene 5

II- TRAITEMENT DES REJETS TEXTILES 6

1- Geacuteneacuteraliteacutes sur les meacutethodes de traitements 6

A- Meacutethodes biologiques 7

B- Meacutethodes physiques 7

B1- Coagulation-floculation 8

B2- Filtration membranaire 8

B3- Adsorption sur charbon actif et autres mateacuteriaux 8

C- Meacutethodes chimique 9

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation Avanceacutee

(POA) 9

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

) 11

III- LA LATERITE 12

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE 14

I- PRODUITS ET MATERIELS 14

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite) 14

2- Mateacuteriels utiliseacutes 14

II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE 18

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene 18

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible 18

3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM 19

4- Preacuteparation des solutions de fer 20

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton 21

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM 22

CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS 24

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL 24

1- Effet de pH du milieu 24

2- Effet de la concentration en BM 25

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene 26

4- Effet de la concentration du H2O2 27

5- Effet de la concentration en fer 30

II- UTILISATION DE LATERITE 32

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri) 32

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri) 33

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et Koubri) 34

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri) 35

5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer de la lateacuterite

(Dano et Koubri) 36

CONCLUSION 38

PERSPECTIVES 39

REFERENCE BIBLIOGRAPHIQUE - 40 -

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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LISTE DES FIGURES

Figure 1 Bleu de meacutethylegravene et sa structure chimique 6

Figure 2 Forme incolore du bleu de meacutethylegravene 6

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA) 9

Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI) 13

Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM 15

Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano 17

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri 17

Figure 10 Lit de lateacuterite 21

Figure 11 Attaque acide de la lateacuterite 21

Figure 12 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel 21

Figure 13 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite 22

Figure 14 Reacuteaction de pseudo ordre 1 23

Figure 15 Reacuteaction de pseudo ordre 2 23

Figure 16 Effet du pH 24

Figure 17Effet de la concentration du BM 25

Figure 18 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel 26

Figure 20 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2 28

Figure 21 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM 30

Figure 22 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le fer

industriel 31

Figure 23 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri) 33

Figure 24 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri 33

Figure 25 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri 34

Figure 26 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le fer

extrait de la lateacuterite 35

Figure 27 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel 36

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique 10

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes 14

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 16

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

17

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene 19

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm) 20

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t =

20 min) 24

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM 25

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM 26

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2 29

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence

de la variation du H2O2 29

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du

BM en fonction du rapport R 31

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite 33

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri 34

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du

BM en fonction des attaques acides (Dano et Koubri) 35

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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LISTE DES ABREVIATIONS

A Absorbance de la lumiegravere (nm)

BM Bleu de meacutethylegravene

C Concentration massique ou molaire en soluteacute (mg L-1

ou Mmol L-1

)

C0 Concentration initiale du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

CA Code Article

CCI Chambre de Commerce et drsquoIndustrie

DBO Demande Biologique en Oxygegravene

DCO Demande Chimique en Oxygegravene

ENH Electrode Normal agrave Hydrogegravene

e- Electron

Fe2+

Fer ferreux

Fe3+

Fer ferrique

H2O2 peroxyde drsquohydrogegravene

H2SO4 Acide sulfurique

HCl Acide chlorhydrique

HNO3 Acide nitrique

I Intensiteacute lumineuse traverseacutee

I0 Intensiteacute initiale lumineuse

kapp constante de vitesse apparente

LEDES Laboratoire Eau Deacutepollution Ecosystegraveme et Santeacute

mL Milli litre

min Minute

nm Nanomegravetre

MΩ Meacutega ohm

OHbull Radicaux hydroxyles

POA Proceacutedeacute drsquoOxydation Avanceacutee

V Vitesse cineacutetique de deacutegradation

UV Ultra-violet

microScm Micro-siemens par cm

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page x

λ Longueur drsquoonde (nm)

α Ordre partiel

τ Rendement ou taux de deacutegradation ()

td Temps de deacutecoloration (min)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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INTRODUCTION GENERALE

Quel que soit le deacuteveloppement de la socieacuteteacute lrsquoeau reste un facteur primordial dans toutes les

couches socio-eacuteconomiques Malheureusement lrsquoeau douce disponible pour les humains et

aussi pour le reste de lrsquoeacutecosystegraveme repreacutesente moins de 1 du volume total drsquoeau sur terre et

la qualiteacute de la partie disponible et potentiellement utilisable par lrsquohomme nrsquoest que de 01

et nrsquoa cesseacute de se deacutegrader et parfois dlsquoune maniegravere irreacuteversible Selon lrsquoONG Water Aiumld 34

millions de personnes au Burkina-Faso nrsquoont pas accegraves agrave lrsquoeau potable

Lrsquoindustrie du textile est lrsquoune des industries la plus consommatrice drsquoeau (par exemple pour

teindre quelques 30 milliards de kilo de tissusan il faut consommer 4 milliards de tonnes

drsquoeauan) et geacutenegravere des rejets constitueacutes de moleacutecules organiques reacutecalcitrantes preacutesentant

geacuteneacuteralement des problegravemes de couleur de concentrations eacuteleveacutees de DBO de DCO de

matiegraveres en suspension ainsi que de toxiciteacute et de conductiviteacute eacuteleveacutees Selon la Banque

mondiale lrsquoindustrie textile est responsable de 17 agrave 20 de la pollution de leau dans le

monde En 2009 les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels La production mondiale des colorants est estimeacutee agrave plus de 800000

tonnesan (Mansour et al 2010) Drsquoapregraves la Chambre de Commerce et drsquoIndustrie du Burkina

(CCI) la quantiteacute de colorants importeacutee au Burkina-Faso est de 79 tonnes en 2012

Ces colorants dans lrsquoensemble sont toxiques de par leur composition et leurs modes

drsquoutilisation Ils sont susceptibles drsquoinduire chez lrsquoHomme des dermatoses voire des cancers

de la peau tant pour les personnes travaillant agrave la teinture des fibres textiles que via la

transpiration pour les personnes portant les vecirctements De plus les effluents non traiteacutes de ces

colorants sont responsable apregraves rejets de la deacutegradation de lrsquoenvironnement (des eaux de

surface et souterraines des sols voire de la veacutegeacutetation) Pour remeacutedier agrave tous ces impacts

neacutegatifs un traitement par deacutecoloration de ces effluents srsquoimpose avant tout rejet dans

lrsquoenvironnement

La deacutecoloration des rejets de lrsquoindustrie textile est souvent difficile car les colorants

organiques ne sont pas deacutegradeacutes par voies conventionnels En effet ces produits sont stables

aux agents oxydants aux rayonnements et reacutesistent fortement agrave la digestion aeacuterobie Pour cela

plusieurs types de traitement ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes et testeacutes notamment lrsquoosmose inverse la

preacutecipitationcoagulation des matiegraveres colorantes lrsquoadsorption sur charbon actif la filtration

membranaire (Barclay and Buckley2000) Cependant ces proceacutedeacutes classiques de traitement

ne reacutepondent pas agrave cette attente car ils sont pour la plupart non destructifs et tregraves couteux

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour reacutepondre agrave cette faille de nouveaux proceacutedeacutes ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes dont les proceacutedeacutes

drsquooxydation avanceacute (POA) qui sont des proceacutedeacutes de traitement oxydatif subdiviseacutes en quatre

groupes(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon

puisse utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et son

potentiel normal drsquooxydoreacuteduction est de 28VENH (Parsons 2004)

Le proceacutedeacute fenton un des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee est une technologie eacuteprouveacutee et

efficace pour la destruction drsquoun grand nombre de polluant organique Cette technique

consiste agrave initier des reacuteactions de deacutecomposition du peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) par des

sels meacutetalliques en vue de geacuteneacuterer des espegraveces radicalaires (OHbull HO2

bull etc) tregraves reacuteactives

Son inconveacutenient majeur est qursquoil neacutecessite une grande quantiteacute de produits chimiques en

phase homogegravene tels que le fer (Fe2+

) qui geacutenegravere un cout suppleacutementaire et conduit agrave la

geacuteneacuteration de grandes quantiteacutes de boues ou agrave la formation de deacuteriveacutes pour le traitement

Lrsquoobjectif de cet meacutemoire est drsquoeacutetudier la deacutegradation du bleu de meacutethylegravene modegravele de

colorant syntheacutetique textile par le proceacutedeacute fenton en remplaccedilant le fer industriel (Fe3+

Fe2+

)

par le fer extrait de la lateacuterite locale en vue de reacuteduire le cout des traitements des effluents

textiles Si cette expeacuterience au laboratoire donne des reacutesultats satisfaisants elle pourrait ecirctre

extrapoleacutee agrave grande eacutechelle et ecirctre une des solutions pour le traitement de rejets textiles par

des mateacuteriaux locaux en Afrique puisque la lateacuterite recouvre environ 33 de continent

africain et est tregraves abondante au Burkina-Faso

Apregraves une introduction geacuteneacuterale ce meacutemoire sera structureacute en trois (03) chapitres

Le premier chapitre sera consacreacute agrave une eacutetude bibliographique sur les colorants les

meacutethodes de traitements des effluents textiles et la lateacuterite

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Le second chapitre abordera la partie mateacuterielles et meacutethodes Nous deacutecrirons les

protocoles expeacuterimentaux le mateacuteriel et les reacuteactifs employeacutes ainsi que les meacutethodes

expeacuterimentales utiliseacutees

Le troisiegraveme chapitre est consacreacute aux reacutesultats obtenus accompagneacutes drsquoune

discussion afin de comparer nos reacutesultats aux autres eacutetudes faites sur la deacutegradation du

bleu de meacutethylegravene (BM) par drsquoautres mateacuteriaux

Une conclusion geacuteneacuterale ainsi que quelques perspectives seront preacutesenteacutees en fin du

document

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE I REVUE BIBLIOGRAPHIQUE

I- LES COLORANTS (Caracteacuteristiques classification et toxiciteacute)

1- Historique des colorants

Depuis le deacutebut de lrsquohumaniteacute les colorants appliqueacutes dans pratiquement toutes les activiteacutes

humaines (peinture teinture du papier de la peau et des vecirctements) eacutetaient drsquoorigines naturelles

et veacutegeacutetales Ces colorants sont tous des composeacutes aromatiques qui proviennent essentiellement

des plantes tel que lrsquoalizarine et lrsquoindigo Lrsquoindustrie des colorants syntheacutetiques est neacutee en 1856

quand le chimiste anglais W H Perkin dans une tentative de synthegravese de la quinine artificielle

pour soigner la malaria a obtenu la premiegravere matiegravere colorante syntheacutetique qursquoil appela

mauve (aniline colorant basique) Apregraves la deacutecouverte de la mauve de nouveaux colorants

ont commenceacute agrave paraitre sur le marcheacute (Jaussaud 1993)

Au deacutebut du 20egraveme

siegravecle les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels Selon Mansour et al (2010) la production mondiale des colorants est

estimeacutee agrave plus de 800000 tonnesan

2- Deacutefinition des colorants

Un colorant est une substance coloreacutee qui interagit avec le milieu dans lequel elle est introduite

et le colore en srsquoy dissolvant etou dispersant lui confeacuterant la proprieacuteteacute de teindre Cette

proprieacuteteacute reacutesulte drsquoune affiniteacute particuliegravere entre le colorant et la fibre Selon le type

drsquoapplication et drsquoutilisation les colorants syntheacutetiques doivent reacutepondre agrave un certain nombre

de critegraveres afin de prolonger la dureacutee de vie des produits coloreacutes sur lesquels ils sont appliqueacutes

Ces critegraveres sont la reacutesistance agrave lrsquoabrasion la stabiliteacute photolytique des couleurs la reacutesistance

agrave lrsquooxydation chimique (notamment les deacutetergents) et aux attaques microbiennes(Pagga and

Brown 1986) et (Zawlotzki Guivarch 2004)

3- Classification des colorants syntheacutetiques

Les matiegraveres colorantes se caracteacuterisent par leur capaciteacute agrave absorber les rayonnements lumineux

dans le spectre visible (de 380 agrave 750 nm) La transformation de la lumiegravere blanche en lumiegravere

coloreacutee par reacuteflexion sur un corps ou par transmission ou diffusion reacutesulte de labsorption

seacutelective deacutenergie par certains groupes datomes appeleacutes chromophores la moleacutecule colorante

eacutetant le chromogegravene Dautres groupes datomes du chromogegravene peuvent intensifier ou changer

la couleur due au chromophore ce sont les groupes auxochromes (Barka 2008)

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4- Les colorants aziniques (thiazines)

Les colorants thiazines sont analogues aux colorants oxazines sauf que lrsquoatome de soufre

remplace lrsquoatome drsquooxygegravene dans lrsquoanneau heacuteteacuterocyclique Ces colorants ont un noyau

phenazonium comme chromophore avec des groupes amineacutes en para par rapport au soufre

comme auxochrome Ils ont un intervalle de couleur du vert au bleu et ils sont stables agrave la

lumiegravere Ils sont utiliseacutes dans le domaine du textile meacutedecine pharmacie et biologie

Seulement cinq colorants thiazines sont connus et toujours fabriqueacutes azure A azure B azure C

thionine et bleu de meacutethylegravene

Le colorant thiazine le plus important est le bleu de meacutethylegravene deacutecouvert par Caro en 1876

Colorants doxazines Colorants thiazines

Oxazines

Thiazine

5- Toxiciteacute des colorants

La prise de conscience quant agrave la dangerositeacute de certains colorants a commenceacute vers 1890 ougrave

lrsquoon surveillait essentiellement les teneurs en cuivre en arsenic et en plomb dans les colorants

syntheacutetiques ou mineacuteraux Cependant bien que des toxicologues aient auparavant mis en

eacutevidence chez les animaux le risque de cancer lieacute agrave lrsquoingestion de certains colorants azoiumlques

rouges ce nrsquoest qursquoapregraves la deuxiegraveme (2egraveme

) guerre mondiale que des seacuterieux tests biologiques

ont abouti agrave la remise en cause de la plupart des colorants utiliseacutes Une reacuteglementation plus

exigeante a eacuteteacute instaureacutee en 1960 concernant le test de toxicologique des colorants mis sur le

marcheacute Pour le cas du Burkina-Faso il yrsquoa un deacutecret ndeg2001-185 (article 12) portant

interdiction de rejet dans lrsquoenvironnement de certaines substances canceacuterigegravenes dans

lrsquoenvironnement

6- Proprieacuteteacutes physico-chimiques du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene colorant azinique (thiazine) de la famille basique ou cationique aussi

appeleacute chlorure de bis-(dimethylamino)- 37 phenazathionium est soluble dans lrsquoeau (50 g L-1

) et

moins soluble dans lrsquoalcool (10 g L-1

) Sa formule chimique est C16H18ClN3S une masse molaire

de 319852 g mol-1

se preacutesente sous forme drsquoune poudre cristalline drsquoun bleu fonceacute est un deacuteriveacute

azoteacute (Fig1)

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Figure 1 Bleu de meacutethylegravene et sa structure chimique

Il est couramment utiliseacute comme modegravele de contaminant organique en raison de sa structure

moleacuteculaire stable Dans la reacuteaction de reacuteduction le BM se transforme en leuco meacutethylegravene

incolore due agrave la perte du doublet libre de lrsquoazote et introduction drsquoun atome drsquohydrogegravene

Le BM sous sa forme incolore est

(Eq 1)

bleu de meacutethylegravene chlorure de meacutethylthioninium

S

N

N NCl-

hydroxyde de meacutethylthioninium

S

N

N N HO

Figure 2 Forme incolore du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene est le colorant le plus couramment utiliseacute dans la teinture du coton du bois

et de la soie Il peut provoquer des brucirclures oculaires responsables de blessures permanentes aux

yeux de lrsquohomme et des animaux Son inhalation peut donner lieu agrave des difficulteacutes respiratoires

entrainer des cas drsquoaneacutemie apregraves une absorption prolongeacutee et son ingestion par la bouche produit

une sensation de brucirclure provoque des nauseacutees des vomissements transpiration et sueurs

froides abondantes (Ghosh and Bhattacharyya 2002) Il est aussi est toxique pour les algues et

les petits crustaceacutes agrave partir des concentrations de 01 mg L-1

et 2 mg L-1

respectivement (Ounissa

1996 Meink et al 1997)

Le traitement des rejets industriels contenant ce type de colorant srsquoavegravere drsquoun grand inteacuterecirct

II- TRAITEMENT DES REJETS TEXTILES

1- Geacuteneacuteraliteacutes sur les meacutethodes de traitements

Le traitement des rejets textiles compte tenu de leur heacuteteacuterogeacuteneacuteiteacute de composition conduira

toujours agrave la conception drsquoune chaine de traitement assurant lrsquoeacutelimination des diffeacuterents

polluants par des eacutetapes successives La premiegravere eacutetape consiste agrave eacuteliminer la pollution par

lrsquointermeacutediaire de preacutetraitement (deacutegrillage dessablage deacuteshuilage etc) etou de traitement

physique ou physico-chimique assurant une seacuteparation solide-liquide Drsquoapregraves Barclay and

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Buckley (2000) les techniques de deacutepollution intervenant le plus courant en deuxiegraveme eacutetape

dans les industries se divisent en trois cateacutegories

1- Biologique

Traitement aeacuterobie

Traitement anaeacuterobie

2- Physique

Meacutethode de preacutecipitation (coagulation floculation seacutedimentation)

Adsorption (sur charbon actif)

Osmose inverse filtration sur membrane

3- Chimique

Oxydation (oxygegravene ozone oxydants tels que le H2O2 NaOCl)

Reacuteduction (Na2S2O2)

Meacutethode de complexomeacutetrique

Reacutesine eacutechangeuse drsquoions

A- Meacutethodes biologiques

Lrsquoavanceacutee technologique a permis la conception des systegravemes de traitement biologique

perfectionneacutes en se basant sur lrsquoautoeacutepuration naturelle des eaux Ces proceacutedeacutes biologiques se

font selon deux modes traitements en aeacuterobie (en preacutesence de lrsquooxygegravene) et traitement en

anaeacuterobie (les microorganismes deacutegradent la matiegravere organique en absence de lrsquooxygegravene)

Les proceacutedeacutes drsquoeacutepuration par voie biologique sont baseacutes sur la transformation microbienne des

colorants La plupart des colorants azoiumlques sont tregraves stables et non biodeacutegradables Beaucoup

drsquoeacutetudes ont deacutemontreacute la biodeacutegradation partielle ou complegravete de certains colorants par voie

biologiques (Adnosinda et al 2003) et (Lopez et al 2004) Mecircme si ces techniques sont

adapteacutees agrave un nombre de polluants organiques elles ne sont pas toujours applicables sur les

effluents textiles industriels en raison de fortes concentrations de polluants de leur toxiciteacute qui

entrainent la destruction des microorganismes ou des boues biologiques agrave traiter

B- Meacutethodes physiques

Lorsque les eaux useacutees ne se precirctent pas agrave une deacutepollution par voie biologique (effluent peu ou

pas biodeacutegradable tempeacuterature trop faible valeurs extrecircmes de pH preacutesence de toxiques)

des proceacutedeacutes physico-chimiques classiques permettent de compenser soit en se substituant

totalement agrave lrsquoeacutepuration par voie biologique soit en traitement compleacutementaire On peut citer

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par exemple la coagulation-floculation suivie drsquoune deacutecantation (clarification) lrsquoadsorption sur

charbon actif lrsquoeacutechange drsquoions ou la filtration membranaire

B1- Coagulation-floculation

Sous le terme de coagulationndashfloculation on entend tous les processus physico-chimiques par

lesquels des particules colloiumldales ou des solides en fine suspension sont transformeacutes par des

floculants chimiques en espegraveces plus visibles et seacuteparables (les flocs) Les flocs formeacutes sont

ensuite seacutepareacutes par deacutecantation et filtration puis eacutevacueacutes Les coagulants inorganiques tels que

lrsquoalun (Al2(SO4)314H2O) donnent les reacutesultats plus que satisfaisants pour la deacutecoloration des

effluents textiles contenant des colorants disperseacutes de cuve et soufreacutes mais sont totalement

inefficaces pour les colorants azoiumlques acides et basiques (Barclay and Buckley 2000) et

(Vendevivere et al 1998) Par ailleurs la coagulationndashfloculation ne peut ecirctre utiliseacutee pour les

colorants fortement solubles dans lrsquoeau comme le cas du BM

Le principal deacutesavantage de cette technique est qursquoelle geacutenegravere une importante quantiteacute de boue

entrainant des investissements suppleacutementaires

B2- Filtration membranaire

Dans ce proceacutedeacute les polluants sont retenus par une membrane semi permeacuteable dont le diamegravetre

des pores est infeacuterieur agrave celui des moleacutecules agrave eacuteliminer Cette technique est largement utiliseacutee

dans le domaine de lrsquoeau potable et le dessalement La filtration sur membrane sous lrsquoeffet

drsquoune pression hydraulique se deacutecline en microfiltration lrsquoultrafiltration la nano filtration et

lrsquoosmose inverse Parmi les quatre types de proceacutedeacutes la nano filtration et lrsquoosmose inverse sont

les plus adapteacutes agrave la reacuteduction partielle de la couleur et des petites moleacutecules organiques

(Taylor and Jacobs 1996) (Calobro et al 1990) En effet la nano filtration srsquoapplique surtout

au traitement des bains de teinture de colorants reacuteactifs en agissant comme un filtre moleacuteculaire

tandis que la microfiltration retient les mateacuteriaux colloiumldaux tels que les colorants disperseacutes ou

de cuve gracircce agrave une laquomembrane eacutecranraquo (Van der Bruggen et al 2003) Lrsquoultrafiltration ne

srsquoapplique qursquoagrave la reacuteduction de DCO et des solides en suspension (Anselme and Jacobs 1996)

et nrsquoest reacuteellement efficace qursquoen combinaison avec la coagulationfloculation

B3- Adsorption sur charbon actif et autres mateacuteriaux

Le polluant est transfeacutereacute de la phase liquide vers la phase solide lors de lrsquoadsorption Le

charbon actif eacutetant consideacutereacute comme lrsquoadsorbant le plus efficace pour la reacuteduction de la

couleur est limiteacute pour lrsquoeacutelimination de certains colorants Seuls les cationiques colorant agrave

mordant disperseacutes ou dits de cuve sont eacutelimineacutes par cette technique (Raghavacharya 1997)

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C- Meacutethodes chimique

Les techniques drsquooxydation chimiques sont geacuteneacuteralement appliqueacutees quand les proceacutedeacutes

biologiques sont inefficaces Elles peuvent ecirctre ainsi utiliseacutees pour les proceacutedeacutes biologiques en

eacutetapes de preacutetraitement afin de diminuer la charge polluante Lrsquooxydation chimique est

eacutegalement appliqueacutee pour le traitement des organiques dangereux preacutesents en faibles

concentrations et des effluents chargeacutes de constituants reacutesistants aux meacutethodes de

biodeacutegradation Le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) le Cl2 et O3 sont les reacuteactifs les plus souvent

utiliseacutes pour ce type de traitement Le H2O2 est un oxydant moyennement fort et son application

pour le traitement des polluants organiques et inorganiques est bien eacutetablie (Neyens et al

2003) Mais lrsquooxydation par H2O2 nrsquoest pas suffisamment efficace pour de fortes concentrations

en colorant Hamada et al (1998) ont proposeacute de traiter les colorants azoiumlques par hypochlorure

de sodium Cependant si la moleacutecule initiale est deacutetruite les halogegravenes sont susceptibles de

former des trihalomeacutethanes comme sous-produits de deacutegradation lesquels sont canceacuterigegravenes

pour lrsquoHomme

Drsquoougrave la neacutecessiteacute drsquoutiliser des produits drsquooxydation encore plus performant comme les

proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutes (POA)

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation

Avanceacutee (POA)

Lrsquoindustrialisation intensive qui a vu le jour au cours du dernier siegravecle a causeacute lrsquoapparition dans

lrsquoenvironnement de polluants eacutemergents reacutefractaires qui sont reconnus canceacuterigegravenes et

mutagegravenes Dans lrsquooptique de limiter la pollution de lrsquoenvironnement des strateacutegies de

traitement efficaces et eacutecologiques ont eacuteteacute deacuteveloppeacutees Parmi ces strateacutegies se trouve

lrsquoapplication des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee (POA) Figure 3

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA)

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Il srsquoagit de proceacutedeacutes de traitement oxydatif qui peuvent ecirctre subdiviseacutes en quatre groupes

(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse

utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et reacutepondent aux

critegraveres suivant (Suty et al 2003)

Ne pas induire de pollution secondaire

Non toxique

Non corrosif pour les eacutequipements

Etre le plus rentable possible

Etre relativement le plus simple agrave manipuler

Les OHbull sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse utiliser dans le domaine des

eaux et des effluents industriels avec une vitesse drsquooxydation (109

fois plus eacuteleveacutee) agrave celle de

lrsquoozone et son potentiel drsquooxydation est de 28 VENH (Parsons 2004) Tableau 1

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique

Oxydant Pouvoir oxydant Edeg (VENH)

OHbull 280

Oo 242

O3 207

H2O2 (milieu acide) 178

Cl2 136

O2 123

Plusieurs secteurs ont utiliseacutes ces proceacutedeacutes pour traiter leurs eaux par exemple Parsons (2004)

lrsquoa utiliseacute pour le traitement des eaux de surface et souterraines Martinez-Huitle and Ferro

(2006) lrsquoont utiliseacute pour le traitement des eaux industrielles Hayet (2011) lrsquoa testeacute dans

lrsquoeacutelimination du 4- chloropheacutenol Hsing et al (2007) et Wu and Chang (2006) ont lrsquoutiliseacute pour

deacutecolorer les eaux des industries textiles Bouafia (2010) a utiliseacute le proceacutedeacute drsquooxydation

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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avanceacutee baseacutee sur le reacuteactif de fenton pour deacutegrader les colorants textiles Derradji (2012) a

coupleacute le POA avec un traitement biologique pour le traitement des eaux useacutees industrielles

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

)

Fenton avait deacutecrivit agrave la fin du XIX egraveme

siegravecle que le fer ferreux (Fe2+

) favorisait fortement

lrsquooxydation de lrsquoacide maleacuteique par le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) en milieu acide (Fenton

1894) Des travaux ulteacuterieurs ont montreacute que la combinaison de H2O2 et de Fe2+

nommeacute

laquo Reacuteactif de Fenton raquo eacutetant un oxydant efficace pour une grande varieacuteteacute de substrats

organiques notamment les pheacutenols les pesticides les aromatiques polycycliques et des

colorants en particulier les azoiumlques (Spadaro et al 1994 Benitez et al 2001 De Heredia et

al 2001) Quarante (40) ans plus tard Haber and Weiss (1934) identifiaient le radical

Hydroxyl comme eacutetant lrsquoespegravece oxydante de la reacuteaction preacutesenteacutee ci-dessous et communeacutement

appeleacutee reacuteaction de Fenton

(Eq2)

Le fer ferrique geacuteneacutereacute peut ensuite reacuteagir avec le peroxyde drsquohydrogegravene pour redonner le fer

ferreux

(Eq3)

La vitesse de deacutecomposition de H2O2 par le Fer II augmente lorsque le pH augmente (le 5) car

dans cette gamme de pH la forme preacutedominante Fe(OH) 2+

est beaucoup plus reacuteactive que lrsquoion

Fe2+

(Kuo 1992)

Lrsquoeacutetude de la deacutepollution des effluents textiles coloreacutes par le proceacutedeacute Fenton (systegraveme H2O2

Fe2+

) a eacuteteacute reacuteveacuteleacutee tregraves efficace et plusieurs eacutetudes ont montreacute que le taux de mineacuteralisation des

colorants syntheacutetiques augmente avec lrsquoaugmentation des doses des reacuteactifs et du temps de

reacuteaction Le rapport des reacuteactifs R =

et le rapport

joue aussi un rocircle important

dans la vitesse de deacutegradation de colorants de deacutepart et sur le taux de mineacuteralisation (Kuo

1992)

Le proceacutedeacute Fenton possegravede trois (03) caracteacuteristiques attractives pour le traitement des

composeacutes organiques (Redha 2011)

Les radicaux hydroxyles OHbull produits reacuteagissent tregraves rapidement (10

9 fois plus reacuteactif

que le O3)

Les reacuteactifs sont simples agrave manipuler et sans danger pour lrsquoenvironnement

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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Les produits finaux de deacutegradation (H2O CO2 ions mineacuteraux et hydroxydes ferriques)

nrsquointroduisent pas une pollution suppleacutementaire

Le proceacutedeacute de Fenton est composeacute geacuteneacuteralement de quatre eacutetapes principales ajustement du

pH oxydation neutralisation et coagulationpreacutecipitation Pour lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute la

reacuteaction de fenton ne peut se produire qursquoagrave un pH voisin ou eacutegal agrave 3 ce qui reacutesulte un ajout des

solutions acides Au-delagrave des valeurs de pH comprises entre 3 et 4 le fer (Fe2+

ou Fe3+

) est

susceptible de preacutecipiter et former des hydroxydes de fer induisant ainsi une faible activiteacute

catalytique Le milieu doit ecirctre approvisionneacute drsquoune maniegravere continue Ce qui peut alourdir les

couts de traitement

Le proceacutedeacute Fenton est consideacutereacute aujourdrsquohui comme le proceacutedeacute dont sa mise en œuvre est facile

et plus utiliseacute dans le monde pour le traitement drsquoeffluents industriels textiles mais le proceacutedeacute

est limiteacute par le manque de geacuteneacuteration du catalyseur qui neacutecessite geacuteneacuteralement un apport

constat en reacuteactif et qui contraint de ce fait agrave lrsquoapprovisionner en continu le milieu en peroxyde

drsquohydrogegravene (H2O2) tregraves couteux

III- LA LATERITE

Le Burkina-Faso est un pays de lrsquoAfrique occidentale avec une superficie de 274 000 kmsup2 et le

recouvrement lateacuteritique est un caractegravere dominant des paysages peacuteneacuteplaines ou tabulaires qui

caracteacuterisent sa plus grande partie Les lateacuterites se preacutesentent sous forme de plateaux eacutetendus

buttes teacutemoins cuirasses indureacutes etc Lrsquoeacutepaisseur de ces lateacuterites varie selon la nature des

formations sur lesquelles elles se reposent

La lateacuterite (du latin later brique) est une roche rouge ou brun qui se forme par alteacuteration des

roches sous les climats tropicaux Elle est constitueacutee du fer (Limonite ferrihydrite geothite

heacutematite) drsquoaluminium (Gibbsite cliachite boehmite) de titane de manganegravese et de

silicium On la trouve surtout en domaine intertropical et recouvre 33 des continents

Pour lrsquoeacutetude de la deacutegradation du colorant BM nous avons utiliseacute deux types de lateacuterite

provenant lrsquoune de la reacutegion de Koubri dans le Centre et contenant 314 de fer et lrsquoautre dans

la reacutegion Sud-Ouest du Burkina-Faso contenant 447 pour le traitement (Figure 4) Ces

lateacuterites ont eacuteteacute caracteacuteriseacutees au Laboratoire CRISMAT (Centre National de Recherche et de

Technologie Mateacuteriaux ENSI Caen) en France

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE

Lrsquoutilisation des substances organiques dans lrsquoindustrie sans traitement est la deacutegradation de la

qualiteacute des eaux qui se reacutepercute sur la santeacute de lrsquoecirctre humain Dans ce chapitre nous allons voir

les produits et mateacuteriels ainsi que la meacutethodologie expeacuterimentale utiliseacutes pour la deacutegradation du

colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute Fenton en phase homogegravene en utilisant le fer

industriel puis le fer extrait de la lateacuterite

Nous preacutesentons en premier lieu la technique du dosage du BM et les reacuteactifs utiliseacutes pour la

deacutegradation de notre colorant Nous eacutevoquons les techniques de caracteacuterisation de la lateacuterite par

diffraction des rayons X et analyse quantitative

I- PRODUITS ET MATERIELS

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite)

Pour lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite nous avons utiliseacute

certains reacuteactifs qui sont illustreacutes dans le tableau 2

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes

Produits Fournisseur Qualiteacute

Bleu de meacutethylegravene Fluka 96

Peroxyde drsquohydrogegravene

(H2O2)

Preacutepareacute par

Laboratoires Gilbert (CA 655-

301-3)

9

Acide sulfurique (H2SO4) Sigma-Aldrich (CA 7664-93-9) 95-97

Sulfate ferreux (FeSO4

7H2O

Fluka Chemika (CA44990) 98

Hydroxyde de Sodium

NaOH

Sigma Aldrich 32

Eau ultra-pure ou Milli-Q Polisseur drsquoeau du LEDES 0055 microScm ou 183

2- Mateacuteriels utiliseacutes

Les mateacuteriels utiliseacutes pour les suivis cineacutetiques de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite sont la spectrophotomeacutetrie DR 5000 la lateacuterite et les trois types drsquoacides

lrsquoacide sulfurique lrsquoacide chlorhydrique lrsquoacide nitrique pour lrsquoextraction du fer de la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM

Les eacutechantillons de lateacuterites utiliseacutees lors de ce travail ont eacuteteacute caracteacuteriseacutes au Laboratoire

CRISMAT (Centre National de Recherche Technologique Mateacuteriaux ENSI Caen) en France Ils

proviennent de deux reacutegions du Burkina-Faso (Dano et Koubri) contiennent respectivement 44

7 et 314 de fer et ont eacuteteacute obtenus par les analyses en diffraction des rayons X (DRX) et en

microscopie eacutelectronique agrave balayage (MEB)

Le principe de lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS

Lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS est une analyse quantitative en des points ou zones speacutecifiques dun

eacutechantillon en utilisant la spectromeacutetrie agrave seacutelection deacutenergie (EDS)

Son principe est que par lintermeacutediaire dun canon agrave eacutelectrons un faisceau deacutelectrons est envoyeacute

sur leacutechantillon En contact avec la matiegravere ces eacutelectrons interagissent de diffeacuterentes faccedilons

Le MEB-EDS du laboratoire va permettre dexploiter trois informations distinctes dont deux qui

vont ecirctre traduites en images

-Une image en eacutelectrons secondaires (SE) qui naicirct dune interaction entre les eacutelectrons du

faisceau et les eacutelectrons des couches eacutelectroniques de latome et qui nous donnera une

information topographique de leacutechantillon

- Une image en eacutelectrons reacutetrodiffuseacutes (BSE) qui reacutesulte de linteraction entre les eacutelectrons du

faisceau le noyau et le nuage eacutelectronique de latome et qui permettra de creacuteer une image par

contraste chimique

- Une troisiegraveme information que lon obtient est une analyse eacuteleacutementaire le microscope

eacutelectronique agrave balayage eacutetant coupleacute agrave un deacutetecteur de rayons X agrave dispersion deacutenergie

Le principe de lrsquoanalyse par Diffraction Rayon X (DRX)

La diffraction des rayons X est une technique danalyse fondeacutee comme son nom lrsquoindique sur la

diffraction des rayons X sur la matiegravere La diffraction des rayons X est un pheacutenomegravene

dinterfeacuterence constructive qui se produit quand un faisceau de rayons X (onde

eacutelectromagneacutetique) peacutenegravetre dans un cristal (empilement peacuteriodique datomes) Il peut donc

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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apparaitre quand on place un monocristal un poly-cristal ou une poudre devant une source de

rayons X Lemplacement des faisceaux diffracteacutes nous informe sur la peacuteriodiciteacute du (des) cristal

tandis que lintensiteacute de ces faisceaux nous informe sur la nature et la position des atomes

contenus dans le cristal La position des intensiteacutes diffracteacutees nous renseignera sur la taille de la

maille tandis que lintensiteacute nous permettra de calculer la position des atomes dans la maille

ainsi que leur nature Les proprieacuteteacutes chimiques ou physiques dun mateacuteriau deacutependent de la

position et la nature des atomes du cristal

Les caracteacuteristiques du diffractomegravetre des eacutechantillons de la poudre de lateacuterite analyseacutee sur un

diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 eacutequipeacute drsquoun monochromateur avant et drsquoun deacutetecteur Lynx-

Eye sont rassembleacutees dans le tableau et figures ci-dessous

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Position initiale [deg2Th] 10 0050

Position finale [deg2Th] 99 9910

Taille [deg2Th] 00110

Temps drsquoeacutetape de balayage [s] 1170

Fente de divergence Fixed

Fente de divergence [mm] 2

Tempeacuterature de mesure [degC] 21

Mateacuteriel drsquoanode Cu

K Alpha 1 [Aring] 154060

Geacuteneacuterateur 40 mA 40 kV

Monochromateur de rayon incident Oui

Rotation Non

Ouverture de deacutetecteur [deg] 35

Deacutetecteur de discrimination LL [V] 017

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri

Les diffeacuterentes phases des eacutechantillons de lateacuterites par lrsquoanalyse en diffraction RX sont

reacutecapituleacutees sur ce tableau

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

Phase Koubri Dano

-massique -massique

Phase majoritaire Kaolinite 333 36

Quartz 326 161

Deuxiegraveme sous-ensemble de phase Goethite FeO(OH) 211 352

Heacutematite Fe2O3 73 63

Ferrite

(fer-alpha)

3 32

Phase anatase TiO2 27

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene

La solution megravere du BM de concentration 1 g L-1

a eacuteteacute preacutepareacutee en mettant les cristaux dans un

litre drsquoeau distilleacutee Les solutions standard pour lrsquoeacutetablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage ont

eacuteteacute obtenues par des dilutions successives jusqursquoaux concentrations deacutesireacutees

Le suivi de lrsquoeacutevolution de la concentration du BM au cours du temps est fait par

spectrophotomeacutetrie UVVisible

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible

La spectrophotomeacutetrie est une technique analytique quantitative qui consiste agrave mesurer

lrsquoabsorbance ou la densiteacute optique drsquoune substance chimique donneacutee en solution La meacutethode

repose sur la loi de Beer-Lambert qui eacutenonce

Lorsqursquoune substance absorbe de la lumiegravere dans le domaine de lrsquoultra-violet et du

visible lrsquoeacutenergie absorbeacutee provoque des perturbations dans la structure eacutelectronique des

atomes ions ou moleacutecules Un ou plusieurs eacutelectrons utilisent cette eacutenergie pour sauter

drsquoun niveau de basse eacutenergie agrave un niveau de plus haute eacutenergie Ces transitions

eacutelectroniques se font dans le domaine de 350 agrave 800nm pour le visible et entre 200 agrave 350

nm pour lrsquoultra-violet

Un milieu homogegravene traverseacute par la lumiegravere absorbe une partie de celle-ci les

diffeacuterentes radiations constituant le faisceau incident sont diffeacuteremment absorbeacutees

suivant leur longueur drsquoonde et les radiations transmisses sont alors caracteacuteristiques du

milieu

Soit un rayon lumineux monochromatique de longueur drsquoonde λ traversant un milieu

homogegravene drsquoeacutepaisseur l Le taux de deacutecroissance de lrsquointensiteacute lumineuse en fonction de

lrsquoeacutepaisseur du milieu absorbant est donneacute par la loi de Lambert

A= log (

) (Eq4)

Avec

I0 intensiteacute initiale de la lumiegravere traverseacutee

I intensiteacute de la lumiegravere transmise

A absorbance

La spectrophotomeacutetrie UVVisible permet de suivre la deacutecoloration des solutions gracircce aux

absorbances qui eacutevoluent en fonction du temps de traitement Elle permet eacutegalement de suivre

lrsquoeacutevolution des ions gracircce agrave leurs diffeacuterents dosages

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM

a- Deacutetermination des longueurs drsquoondes drsquoabsorption maximale

Le spectre drsquoabsorbance du BM a eacuteteacute balayeacute entre 200 et 800 nm afin de suivre quantitativement

sa concentration Les pics de notre colorant sont obtenus agrave 661nm et 291nm (fig 8) Les

diffeacuterentes absorbances ont eacuteteacute deacutetermineacutees et une courbe deacutetalonnage a eacuteteacute traceacutee en utilisant

des solutions standard variant de 0 agrave 8 mg L-1

pour les deux longueurs drsquoondes

Figure 8 Spectre du Bleu de meacutethylegravene

b- Etablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage du BM

La concentration [Fx] des solutions eacutetalon varie de 1 agrave 8 mg L-1

Les volumes agrave preacutelever sont

calculeacutes en appliquant lrsquoeacutequation suivante

(Eq5)

Avec [Fx] - Concentration de lrsquoeacutetalon

Vx - Volume drsquoeacutetalon agrave preacuteparer

[M] - Concentration de la solution megravere

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene

Solution Zero 1 2 3 4 5

Concentration [mgL-1] 0 2 3 4 6 8

Volume neacutecessaire [mL] 0 02 03 04 06 08

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Pour tracer la courbe drsquoeacutetalonnage nous avons introduit les diffeacuterents volumes dans des fioles de

100 mL ensuite nous avons compleacuteteacute agrave lrsquoeau distilleacutee jusqursquoau trait de jauge On a mis la

spectrophotomeacutetrie en marche et proceacutedeacute agrave la lecture du blanc puis successivement des solutions

eacutetalons

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm)

Solution 0 1 2 3 4 5

Con (mg L-1

) 0 2 3 4 6 8

Absorbance (nm) pour λ = 661 0 085 13 18 23 3

Absorbance (nm) pour λ = 291 0 04 06 09 12 17

Figure 9 Courbe deacutetalonnage (λmax = 661 nm et λmax = 291 nm) variation de labsorbance en

fonction de la concentration du BM

4- Preacuteparation des solutions de fer

a- Solution de fer industriel

Le reacuteactif utiliseacute est le sulfate ferreux ou sulfate de fer (II) drsquoune poudre blanchacirctre agrave lrsquoeacutetat

anhydre dont la formule est FeSO4 7H2O Pour la preacuteparation du Fe2+

de concentration 3 g L-1

nous avons verseacute 3 g du sulfate ferreux anhydre dans une fiole de 1 L contenant 500 mL drsquoeau

milli-Q puis ajouter une (1) goutte drsquoacide sulfurique (H2SO4) concentreacute agrave 98 dans la fiole et

laisser agiter pendant 30 secondes Apregraves compleacuteter jusqursquoau trait de jauge et placer sous

agitation durant 1 h jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune solution de couleur rouge brique

b- Solution de fer de la lateacuterite

Pour la deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite les solutions de la lateacuterite

ont eacuteteacute preacutepareacutees de la maniegravere suivante

Pour le lit de lateacuterite nous avons preacuteleveacute

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

Compleacuteter drsquoeau milli-Q (eau ultra pure) jusqursquoau trait de jauge

y = 03938x

Rsup2 = 09869

0

05

1

15

2

25

3

35

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

661nm

y = 02094x

Rsup2 = 09972

0

02

04

06

08

1

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

291 nm

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Ajuster par la suite le pH de la solution agrave 3 avec lrsquoacide sulfurique (concentreacute agrave

95-97)

Figure 8 Lit de lateacuterite

Pour la lateacuterite attaqueacute par de lrsquoacide concentreacute pour lrsquoextraction du Fer

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

30 m L drsquoacide (HClHNO3H2SO4)

Ajouter avec prudence 20 mL drsquoeau milli-Q pour avoir 50 mL de solution

Preacutelever le surnageant pour le traitement du bleu de meacutethylegravene

Figure 9 Attaque acide de la lateacuterite

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton

Lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM srsquoest faite par trois diffeacuterentes eacutetapes

Une solution du BM est soumise agrave un traitement par proceacutedeacute Fenton en utilisant du H2O2

et le fer industriel (Fe2+

) ajustement du pH agrave 3 (Fig12)

Figure 10 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel

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Pour la deacutegradation du BM en utilisant la lateacuterite deux eacutetapes ont eacuteteacute imageacutes lrsquoune par

un lit de lateacuterite et lrsquoautre par la lateacuterite attaqueacutee par trois types drsquoacides (Fig13)

Figure 11 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM

Nous avons deacutetermineacute la cineacutetique de deacutecoloration agrave partir des valeurs des absorbances trouveacutees

agrave 661nm La deacutetermination de la constante de vitesse kapp permet de donner un ordre de

grandeur de la vitesse Expeacuterimentalement on peut montrer que la vitesse de reacuteaction bilan du

BM srsquoeacutecrit de la maniegravere suivante

Bleu de meacutethylegravene + OHbull rarr sous-produit du bleu de meacutethylegravene (Eq6)

Pour la cineacutetique drsquoordre 1

V = -

= kapp (Eq7) reacuteaction de pseudo ordre un laquo1 raquo

Avec

V vitesse de deacutegradation catalytique (mg L-1

h-1

)

kapp constante apparente de deacutegradation (min ou h-1

)

[BM] concentration du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

t temps de reacuteaction (h)

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

Ln (

) = kapp t (Eq8)

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Figure 12 Reacuteaction de pseudo ordre 1

Pour la cineacutetique drsquoordre 2

V = -

= kapp (Eq9) reacuteaction de pseudo ordre un laquo2 raquo

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

int

= - int

(Eq10)

(Eq11)

Figure 13 Reacuteaction de pseudo ordre 2

Pour le calcul des rendements ou taux drsquoabattement (τ) agrave lrsquoissu des eacutetudes cineacutetiques de

deacutegradation du BM nous avons utiliseacute cette formule ci-dessous

τ =

(Eq12)

Rsup2 = 09863

-070

-060

-050

-040

-030

-020

-010

000

0 2 4 6 8

ln (C

Co)

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 1

Rsup2 = 09499

0

0005

001

0015

002

0025

003

0 2 4 6 8

1C

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 2

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL

Tous les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes agrave tempeacuterature ambiante (25degC) Les concentrations du bleu de

meacutethylegravene choisies pour lrsquoexpeacuterience sont 10 et 40 mg L-1

1- Effet de pH du milieu

Etant donneacute que le proceacutedeacute Fenton est baseacute sur lrsquoeffet catalytique du Fer et plus preacuteciseacutement

du Fe2+

il nous est paru neacutecessaire de commencer lrsquoeacutetude par la deacutetermination du pH

optimale pour le proceacutedeacute Lrsquoajustement du pH du milieu srsquoeffectue agrave lrsquoaide drsquoune solution

drsquoacide sulfurique Ce choix est justifieacute par lrsquoexistence deacutejagrave au sein de la solution des ions

2-

suite agrave lrsquoaddition du Fe2+

sous la forme de FeSO4 7H2O

Les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes avec une concentration en BM de 20 mg L-1

un rapport R = 15

correspondant agrave des concentrations de 6 et 040 mg L-1

en H2O2 et Fe2+

respectivement et

pour des valeurs de pH variant entre 3 et 5 Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacute sur figure 16

Figure 14 Effet du pH

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t = 20

min)

pH Rendement ()

3 96

35 5245

4 6156

5 5509

000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 5 10 15 20

[BM

] m

gL

ˉˡ

temps de deacutegradation (mn)

pH = 3

pH = 35

pH = 4

pH = 5

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Drsquoapregraves le tableau preacutecegravedent nous observons que le pH favorable pour la deacutegradation du BM

par le proceacutedeacute Fenton est pH = 3 avec un taux de deacutegradation de 96 au bout de 20 min

De nombreux travaux sur les proceacutedeacutes Fenton ont montreacute que le pH 3 semble ecirctre la meilleure

valeur pour une deacutegradation optimale des polluants organique ((Tang and Huang 1996 Kuo

and Lo 1999) Pour la suite du travail nous adopterons deacutesormais cette valeur de pH

2- Effet de la concentration en BM

Nous avons traiteacute agrave un pH = 3 et agrave 25degC deux solutions du BM de concentration diffeacuterentes

(10 mg L-1

et 40 mg L-1

) en fixant les concentrations de Fe2+

agrave 134 mg L-1

et celle du H2O2 agrave

6 mg L-1

(figure 17)

Figure 15Effet de la concentration du BM

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM

[BM] mg L-1

Rendement () Temps de

deacutecoloration (min)

10 9738 8

40 9565 14

Nous avons constateacute que la concentration du BM de concentration 10 mg L-1

srsquoest deacutegradeacutee

rapidement et complegravetement avec un temps de deacutecoloration (td) de 8 min tandis que celle de

40 mg L-1

est plus lente avec un td de 14 min Donc plus la solution est concentreacutee plus le

temps de deacutegradation est important

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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La cineacutetique de deacutecoloration du colorant BM de concentrations respectives de 10 et

40 mg L-1

obeacuteit agrave la loi cineacutetique de pseudo premier

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM

Solution kapp

BM = 10 mg L-1

028

BM = 40 mg L-1

010

La deacutetermination de la constante apparente de vitesse montre eacutegalement que cette derniegravere

varie en fonction de la concentration en BM En effet la valeur de kapp est deux fois plus

supeacuterieure pour une concentration en BM de 10 mg L-1

que pour celle de 40 mg L-1

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene

Figure 16 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel

Une solution du bleu de meacutethylegravene de concentration 40 mg L-1

est soumise agrave un traitement par

proceacutedeacute Fenton en utilisant 6 mg L-1

de H2O2 et le fer industriel agrave une concentration de 134

mg L-1

Des preacutelegravevements ont eacuteteacute effectueacutes agrave des intervalles reacuteguliers de temps afin de suivre

lrsquoeacutevolution de la deacutegradation par Spectrophotomeacutetrie Lrsquoanalyse spectromeacutetrique des

eacutechantillons est effectueacutee par un balayage du spectre UV-Visible entre 200 et 800 nm (figure

18)

Nous remarquons que plus le temps de traitement est important plus le pic drsquoabsorbance dans

le visible agrave 661 diminue drsquointensiteacute pour srsquoannuler complegravetement agrave partir du 30 min Par

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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contre le pic dans le domaine UV agrave 291 il diminue certes drsquointensiteacute mais ne srsquoannule pas

mecircme apregraves 45 min de traitement

Ce reacutesultat nous permet de conclure que le proceacutedeacute Fenton permet une deacutegradation partielle

de la moleacutecule du BM au bout de notre temps de reacuteaction Drsquoapregraves Cao et al (1999) les pics

appartenant aux domaine drsquoUV entre 200 et 260 sont relatives au cycle benzegravene mono ou

poly substitueacute Ceci revient agrave dire que la deacutegradation du BM passe par deux eacutetapes

Deacutegradation du groupement fonctionnel de la moleacutecule du BM (λ = 661 nm) crsquoest agrave

dire que la rupture de lrsquoheacuteteacuterocycle central entraine la perte des conjugaisons des deux

lateacuteraux ce qui explique la deacutecoloration plus ou moins rapide de la solution

La deacutegradation des cycles benzegravene persistant en solution est beaucoup plus lente

puisque lrsquointensiteacute de ce pic (λ = 291 nm) diminue mais ne srsquoannule pas alors que la

solution est claire On peut dire eacutegalement que cette deacutegradation des cycles benzegravene

persistants est due au temps de reacuteaction trop court

4- Effet de la concentration du H2O2

a) En Absence de Fer

En utilisant deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

nous

avons varieacute les concentrations du H2O2 de 1 agrave 6 mg L-1

en absence du fer agrave un pH = 3 et agrave

tempeacuterature ambiante Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacutes sur la figure ci-dessous

Figure 19 Deacutegradation du BM par H2O2 seul

Quel que soit la concentration du BM 10 mg L-1

ou 40 mg L-1

lrsquoeffet du H2O2 sur la

deacutegradation du colorant est pratiquement nulle En effet apregraves un temps arbitraire de 20 min

de traitement on remarque un taux drsquoabattement de 17 pour la concentration en BM de 10

mg L-1

alors qursquoil est nul pour une concentration initiale de 40 mg L-1

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Il est donc clair que le pouvoir oxydant du H2O2 nrsquoest pas assez suffisant pour pouvoir

deacutegrader le BM En effet le H2O2 agrave un pouvoir oxydant de Edeg = 176 VENH par contre

celui drsquoOHbull est de 28 VENH

La mecircme conclusion a eacuteteacute observeacute par Naima (2008) sur lrsquoutilisation du H2O2 seul dans le

traitement des huiles drsquoolive (margines) Le reacutesultat a donneacute que le H2O2 seul pour des valeurs

de concentrations 3 et 20 g L-1

ne peut eacuteliminer totalement la margine de lrsquoeffluents drsquohuilerie

drsquoolive de concentration initiale de 1 g L-1

la moyenne de taux drsquoabattement obtenue ne

deacutepasse pas la valeur de 32 Yameogo (2013) a remarqueacute eacutegalement que lrsquoutilisation du

H2O2 seul nrsquoa eu aucune influence sur la deacutegradation de lrsquoamarante par proceacutedeacute photo-fenton

et heacuteteacuterogegravene avec charbon actif la concentration nrsquoa pas varieacute tout au long du traitement

b) En preacutesence du Fer

Lrsquoefficaciteacute du traitement est donc tributaire de lrsquoexistence de deux entiteacutes H2O2 et Fe2+

En

effet Bach et al (2010) ont utiliseacute le Fe2+

pour traiter lrsquoeau industrielle ils ont trouveacute que le

fer a permis de mineacuteraliser 95 drsquoeacutethylegravene-glycol et 85 de pheacutenol dans une eau industrielle

par proceacutedeacute Fenton Marciel et al (2004) ont remarqueacute que lrsquoapport de sulfate ferreux a

ameacutelioreacute la reacuteduction du COT de 45 agrave 55 lors drsquoune eacutetude drsquooxydation drsquoune solution

pheacutenolique par le proceacutedeacute photo-fenton

Pour la suite Nous avons maintenu la mecircme variation des concentrations en H2O2 (de 1 agrave 6

mg L-1

) mais en additionnant le fer industriel (sulfate ferreux) avec une concentration de 134

mg L-1

pour deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

agrave

tempeacuterature ambiante et agrave un pH eacutegale agrave 3 Ceci revient qursquoen solution le rapport R =

varie de 075 15 25 5 (Figure 20)

Figure 17 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Quel que soit la concentration initiale en BM ou en H2O2 lrsquoaddition du fer a entraineacute

lrsquoapparition de la deacutegradation graduelle de la coloration

Plus la concentration en H2O2 est importante plus la vitesse de deacutegradation augmente

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

[BM] mg L-1

10 40

Variation de H2O2 Rendement () Rendement ()

1 6730 5508

2 8522 7029

3 9769 9632

6 9954 9860

La figure 20 montre que taux de deacutecoloration en preacutesence du catalyseur devient plus

important avec lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 Il passe apregraves 60 min de

traitement de 6730 pour une concentration en H2O2 de 1 mg L-1

agrave 9954 pour celle de 6

mg L-1

Ceci est parfaitement preacutevisible puisque lrsquoexistence de lrsquoHydroxyde radicalaire principale

responsable de la deacutegradation est tributaire de la concentration initial en H2O2 (Eq2 sect 11)

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence de

la variation du H2O2

[BM] = 10 mg L-1

[BM] = 40 mg L-1

Ordre de la

reacuteaction k k

075 00036 00005 Ordre 2

15 00092 00007

25 0067 0065 Ordre 1

5 02879 0103

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Nous remarquons que lorsque la concentration en H2O2 augmente lrsquoordre partiel de la reacuteaction

change En effet pour des concentrations en H2O2 lt 3 mg L-1

la reacuteaction de deacutegradation est de

lrsquoordre 2 alors que pour des concentrations plus eacuteleveacutees elle est drsquoordre 1

Nadjette (2009) a montreacute que la deacutegradation du Meacutethyle Orange en preacutesence de dioxyde de

titane (TiO2) suit une cineacutetique drsquoordre 1 Redha (2011) a trouveacute eacutegalement lrsquoordre partiel de

la reacuteaction est eacutegal agrave 1 lors de son eacutetude sur le traitement du Rouge drsquoalizarine S et lrsquoOrange

G par proceacutedeacute drsquooxydation avanceacutee (POA)

Bennani et al (2010) ont eacutelimineacute le bleu de meacutethylegravene en solution aqueuse par lrsquoargile de Safi

(Maroc) Les reacutesultats ont montreacute que le pseudo-second ordre peut deacutecrire le comportement

cineacutetique de lrsquoadsorption du bleu de meacutethylegravene sur lrsquoargile brute et celle purifieacutee Des reacutesultats

similaires ont eacuteteacute observeacutes Gurses et al (2006) et Tsai et al (2007)

Les valeurs de kapp obtenus pour une solution de concentration initiale en BM de 10 mg L-1

sont supeacuterieures agrave celles obtenues pour la solution de 40 mg L-1

et ce lagrave quel que soit lrsquoordre

de la reacuteaction ou la concentration en H2O2 en solution Ces valeurs augmentent avec

lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 et passe de 36 10-3

agrave 02879 et de 05 10-3

agrave 0103

pour une les solutions en BM de 10 et 40 mg L-1

respectivement

5- Effet de la concentration en fer

Pour la suite nous eacutetudierons lrsquoeffet de la concentration en Fer sur lrsquoefficaciteacute du traitement

du BM pour deux solutions de concentration 10 et 40 mg L-1

en BM Les essais ont eacuteteacute

reacutealiseacutes en maintenant constante la concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

et en faisant varieacute la

concentration en Fe2+

de 02 agrave 134 mg L-1

correspondant agrave une variation du rapport R =

de 5 agrave 30

Figure 18 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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En absence de fer aucune baisse dans la concentration en BM nrsquoest observeacutee Pourtant degraves

lrsquoajout drsquoune faible concentration (02 mg L-1

) entraine une diminution progressive de la

couleur au cours du temps Il est eacutegalement observeacute que quel que soit la concentration initiale

en BM le temps de deacutegradation (td) du colorant est inversement proportionnel agrave la

concentration en Fe2+

en solution En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

td

passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 alors que pour une concentration

de 40 mg L-1

il passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig22)

Figure 19 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer industriel

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction du rapport R

[BM] = 10 mg L

-1 [BM] = 40 mg L

-1

kapp kapp

OR

DR

E

1

par

rapport

agrave B

M 30 00027 00125

15 00061 00321

10 0026 00496

5 02879 0103

Nous remarquons que lrsquoeffet de lrsquoaugmentation de la concentration en Fe2+

en solution sur la

cineacutetique de deacutegradation du BM est beaucoup plus important pour des faibles concentrations

(10 mg L-1

) que pour les fortes concentrations (40 mg L-1

) En effet pour une variation de R de

30 agrave 10 kapp eacutevolue de 27 10-4

min agrave 26 10-2

min soit un facteur 100 pour une concentration

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en BM de 10 mg L-1

alors qursquoelle eacutevolue de 00125 agrave 005 soit un facteur 4 pour une

concentration en BM de 40 mg L-1

Drsquoapregraves ces reacutesultats on peut conclure drsquoune faccedilon geacuteneacuterale que la preacutesence drsquoune forte

concentration du catalyseur favorise la formation des radicaux OHbull principaux responsable de

la deacutegradation du BM Pourtant il a eacuteteacute montreacute dans plusieurs eacutetudes (Brillas et al 2004

Diagne 2006 Oturan et al 1999) que le Fe2+

ajouteacute agrave forte dose entraine une perte du

rendement du proceacutedeacute puisque le Fe2+

en plus de son rocircle de catalyseur peut jouer un rocircle de

destructeur crsquoest-agrave-dire qursquoil piegravege les OHbull produits

Lrsquoeacutelimination des polluants reacutefractaires est donc tributaire de la preacutesence des ions meacutetallique

sauf qursquoil neacutecessite un apport important en Fe2+

ce qui entraine un coucirct (Bouafia 2010)

Crsquoest pour cette raison que nous avons opteacute pour lrsquoutilisation de la lateacuterite en faisant une

attaque acide afin drsquoextraire le fer pour traiter le BM

II- UTILISATION DE LATERITE

Les eacutechantillons de la lateacuterite choisie se preacutesentent tous sous forme de poudres de couleur

ocre Lrsquoapplication drsquoun proceacutedeacute qui neacutecessite des quantiteacutes preacutecis de fer est un peu difficile

pour un pays dont le taux drsquoalphabeacutetisation est seulement de 218 et un seuil de pauvreteacute

(PIB par habitant est eacutegal agrave 1500 $) En effet lrsquoajout drsquoune forte concentration du catalyseur

dans la solution agrave traiter peut diminuer lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute Fenton Lrsquoanalyse DRX a

montreacute que la lateacuterite existante au Burkina-Faso est riche en fer En effet pour la reacutegion de

Dano le pourcentage en fer atteint 44 en masse alors que pour Koubri il est de 31

La premiegravere question auquel on srsquoeacutetait poseacute est si le fer eacutetait facilement ex tractable ou bien il

neacutecessite une mineacuteralisation preacutealable

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

La figure ci-dessous montre lrsquoallure de lrsquoeffet de lit de lateacuterite de Dano drsquoune part et celui de

Koubri drsquoautre avec ajustement de pH dans une solution du BM de concentration 40 mg L-1

en maintenant ma concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

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Figure 20 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

Nous observons que la solution du BM en contact avec le lit de Dano se deacutegrade plus vite que

celle en contact avec le lit de lateacuterite de Koubri Cela est ducirc au fait que la lateacuterite de Dano

libegravere plus facilement sa phase ferrique par rapport agrave celle de Koubri

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri)

Dans ce cadre nous avons compareacute lrsquoeffet drsquoun lit de lateacuterite (ajustement du pH) et une lateacuterite

attaqueacutee avec du H2SO4 sur une solution du BM agrave 40 mg L-1

La concentration en H2O2 eacutetant

maintenue agrave 6 mg L-1

(figure 24)

Figure 21 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri

La figure 24 montre que la quantiteacute de colorant deacutegradeacutee deacutecroit plus rapidement dans le cas

de lrsquoattaque acide Ce comportement est ducirc qursquoelle libegravere plus de Fe2+

en solution Le Fe2+

en

contact avec le H2O2 forme les radicaux hydroxyles (OHbull) pour le traitement des polluants

organiques par le proceacutedeacute Fenton

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

[BM] mg

L-1

Dano Koubri

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Rendement

()

4394 9991 364 9685

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Le taux drsquoabattement du BM par lrsquoattaque acide sur la lateacuterite de Dano est de 9991 apregraves

un temps de manipulation de 5 heures alors que celui du lit de lateacuterite (ajustement du pH) est

de 4394 pour le mecircme intervalle de temps

Cette diffeacuterence de rendement entre les lits de deux lateacuterites (Dano 4394 et Koubri

364) est due que la lateacuterite de Dano libegravere plus facilement sa phase ferrique que celle de

Koubri Etant donneacute que les phases ferriques sont les mecircmes pour les deux lateacuterites on

pourrait conclure que la diffeacuterence provient aussi du fait que la lateacuterite de Dano est beaucoup

plus riche en fer Ce qui facilite son extraction et que pour Koubri la phase Anastase en TiO2

pourrait gecircner son extraction

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et

Koubri)

Nous avons compareacute lrsquoefficaciteacute de 3 acides (sulfurique laquoH2SO4raquo chlorhydrique laquoHCl raquo et

nitrique laquoHNO3raquo) pour lrsquoextraction du fer des lateacuterites La concentration de la solution du

BM utiliseacutee est de 40 mg L-1

la concentration en H2O2 est toujours maintenue agrave 6 mg L-1

Figure 22 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri

La figure 25 montre que la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est la plus efficace pour la

deacutecoloration de la solution En effet Pour la lateacuterite de Dano le td est de 40 mn pour le H2SO4

et drsquoune heure (1h) et 1h30 pour le HNO3 et le HCl respectivement Pour celle de Koubri le

td de la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est drsquoune heure (1h) tandis que pour des deux autres

acides HCl et HNO3 les td sont respectivement de deux (2h) et quatre heure (4h)

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri

[BM] mg L-1

Dano Koubri

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Rendement () 9991 9890 9797 9685 9593 9223

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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On peut deacuteduire que lrsquoefficaciteacute de lrsquoattaque acide par le H2SO4 utiliseacute pour extraire le fer de

la lateacuterite est due au caractegravere diacide (H2SO4)

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri)

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig26)

Figure 23 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer extrait de la lateacuterite

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction des attaques acides (Dano et Koubri)

Attaque acide Dano Koubri

kapp

OR

DR

E 1 par

rapport

agrave B

M

HCl 00127 00094

HNO3 00131 00096

H2SO4 00142 00194

Nous remarquons que lrsquoutilisation de la lateacuterite de Dano ne change pas lrsquoordre apparent de la

vitesse de deacutegradation qui reste eacutegale 1 La valeur de kapp varie de 127 10-2

min-1

pour HCl et

142 10-2

min pour H2SO4 ce qui confirme bien le reacutesultat obtenu pour la figure 19

Pour la lateacuterite de Koubri la valeur de kapp varie de 910-3

min-1

pour HCl et 194 10-2

min-1

pour H2SO4

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5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer

de la lateacuterite (Dano et Koubri)

Sur la figure 27 nous avons superposeacute les reacutesultats obtenus pour la deacutegradation drsquoune solution

de 40 mg L-1

du BM en preacutesence de 6 mg L-1

de H2O2 avec lrsquoajout de Fer extrait de la lateacuterite

de Dano et Koubri drsquoune part et le fer industriel drsquoautre part

Figure 24 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel

Il est montreacute que le taux de deacutegradation obtenu est perceptiblement le mecircme seule reste un

handicap le temps de traitement 20 min pour le fer industriel 40 min pour le fer extrait de la

lateacuterite de Dano et 1h pour celui de Koubri

Le traitement par la lateacuterite de Dano est efficace et preacutesente donc un avantage certains

puisqursquoil permet de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du BM par rapport agrave celui par la lateacuterite de

Koubri qui deacutegrade seulement que 9796

Beaucoup drsquoeacutetudes ont eacuteteacute faites sur lrsquoeacutelimination du bleu de meacutethylegravene En utilisant le

charbon actif commercial CECA40 de granulomeacutetrie infeacuterieure agrave 125 μm Houas et al (1999)

ont eacutelimineacute 93 du BM dans lrsquoeau pour un temps de contact de 5heures Kumar and

Tamilarasan (2013) ont utiliseacute 01g de charbon actif agrave base des graines drsquoacacia pour eacuteliminer

9312 de BM Bennani et al (2010) ont eacutetudieacute lrsquoadsorption BM sur lrsquoargile brute et

purifieacutee Ils ont montreacute que le processus drsquoadsorption est tregraves rapide et que 95 de la quantiteacute

adsorbeacutee est atteinte pendant les dix premiegraveres minutes Talidi (2006) a utiliseacute la pyrophyllite

(argile) il a montreacute que lrsquoadsorption du BM est de lrsquoordre de 7845 6658 et 5471

respectivement pour les concentrations initiales de 75 225 et 374ppm Sassi and Bennour

(2011) ont utiliseacute le traitement biologique par Biosorption du BM par Pseudomonas

Aeruginosa isoleacute agrave partir drsquoune boue de laiterie a montreacute un taux drsquoeacutelimination du BM variant

de 45 agrave 55 aux valeurs de pH = 7 et 8

Nous pouvons dire que le traitement par la lateacuterite a permis de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du

BM par rapport aux eacutetudes faites en utilisant drsquoautres mateacuteriaux et que la lateacuterite recouvre

000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 100 200 300

[BM

] mg

Lˉˡ

temps de traitement (mn)

Attaque acide

(Dano)

Attaque acide

(Koubri)

Fer industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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33 du continent mondial ce qui pourrait rendre son utilisation moins chegravere par rapport aux

autres traitements (Fer industriel Charbon actifhellip) puis qursquoon nrsquoa pas fait une eacutetude

eacuteconomique pour voir son cout

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CONCLUSION

Ce travail qui a porteacute sur la deacutegradation du colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute

Fenton en comparant les performances obtenues entre lrsquoutilisation du fer industriel (Fenton

classique) et le fer extrait de la lateacuterite ont montreacute que

Pour lrsquoutilisation du fer industriel la deacutegradation du BM est obtenue agrave une valeur de 3 pour

une variation du rapport des concentrations R de 15 agrave 5 et que lrsquoutilisation du peroxyde (H2O2)

seul ne peut pas deacutegrader le BM car son pouvoir oxydant nrsquoest pas assez suffisant pour

pouvoir deacutegrader le colorant Lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute est donc intimement lieacutee agrave lrsquoexistence de

deux reacuteactifs En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

le temps de deacutecoloration

(td) passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 et pour celle de 40 mg L-1

il

passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R Le traitement du BM par proceacutedeacute

fenton est donc tributaire de lrsquoutilisation de Fe2+

Afin de minimiser le coucirct du traitement et surtout voir lrsquoefficaciteacute du traitement en utilisant la

lateacuterite nous avons essayeacute de remplacer le fer industriel par le fer extrait de la lateacuterite

provenant de deux reacutegions du Burkina-Faso Dano et Koubri

Les reacutesultats obtenus par lrsquoutilisation du fer de la lateacuterite sont inteacuteressants pour des eacutetudes sur

drsquoautres colorants En effet le lit de lateacuterite avec ajustement du pH a permis une deacutegradation du

colorant de 44 pour un temps de traitement de 5h tandis que le traitement par lrsquoattaque acide

lui a deacutegradeacute le BM de pregraves que 100 En effet les taux drsquoabattements pour lrsquoattaque acide de

la lateacuterite de Dano et de Koubri sont respectivement de 99 au bout de 40 min et de 97 pour

une manipulation drsquoenviron 1 h

Cette eacutetude sur la deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en utilisation le fer de la lateacuterite

nous a permis de montrer qursquoil est possible de simplifier de point de vue utilisation et coucirct le

proceacutedeacute Fenton pour les colorants syntheacutetiques drsquoeffluents industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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PERSPECTIVES

En perspectives il serait inteacuteressant

De faire une eacutetude approfondi pour voir le cout du traitement du proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite

Essayer de traiter drsquoautres familles de colorants en utilisant la lateacuterite attaqueacutee par

lrsquoacide pour voir lrsquoefficaciteacute du systegraveme

Appliquer le traitement sur des effluents textiles reacuteels

Imaginer un systegraveme de traitement agrave grand eacutechelle

Essayer le traitement sur drsquoautres polluants reacutecalcitrant PCB pheacutenol pesticides

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Page 6: Dégradation des effluents textiles (cas d’un colorant

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Table de matiegravere

DEDICACE i

RESUME ii

ABSTRAT iii

REMERCIEMENT iv

TABLE DE MATIERE v

LISTE DES FIGURES vii

LISTE DES TABLEAUX viii

LISTE DES ABREVIATIONS ix

INTRODUCTION GENERALE 1

CHAPITRE I REVUE BIBLIOGRAPHIQUE 4

I- LES COLORANTS (Caracteacuteristiques classification et toxiciteacute) 4

1- Historique des colorants 4

2- Deacutefinition des colorants 4

3- Classification des colorants syntheacutetiques 4

4- Les colorants aziniques (thiazines) 5

5- Toxiciteacute des colorants 5

6- Proprieacuteteacutes physico-chimiques du bleu de meacutethylegravene 5

II- TRAITEMENT DES REJETS TEXTILES 6

1- Geacuteneacuteraliteacutes sur les meacutethodes de traitements 6

A- Meacutethodes biologiques 7

B- Meacutethodes physiques 7

B1- Coagulation-floculation 8

B2- Filtration membranaire 8

B3- Adsorption sur charbon actif et autres mateacuteriaux 8

C- Meacutethodes chimique 9

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation Avanceacutee

(POA) 9

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

) 11

III- LA LATERITE 12

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE 14

I- PRODUITS ET MATERIELS 14

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite) 14

2- Mateacuteriels utiliseacutes 14

II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE 18

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene 18

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible 18

3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM 19

4- Preacuteparation des solutions de fer 20

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton 21

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM 22

CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS 24

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL 24

1- Effet de pH du milieu 24

2- Effet de la concentration en BM 25

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene 26

4- Effet de la concentration du H2O2 27

5- Effet de la concentration en fer 30

II- UTILISATION DE LATERITE 32

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri) 32

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri) 33

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et Koubri) 34

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri) 35

5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer de la lateacuterite

(Dano et Koubri) 36

CONCLUSION 38

PERSPECTIVES 39

REFERENCE BIBLIOGRAPHIQUE - 40 -

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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LISTE DES FIGURES

Figure 1 Bleu de meacutethylegravene et sa structure chimique 6

Figure 2 Forme incolore du bleu de meacutethylegravene 6

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA) 9

Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI) 13

Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM 15

Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano 17

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri 17

Figure 10 Lit de lateacuterite 21

Figure 11 Attaque acide de la lateacuterite 21

Figure 12 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel 21

Figure 13 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite 22

Figure 14 Reacuteaction de pseudo ordre 1 23

Figure 15 Reacuteaction de pseudo ordre 2 23

Figure 16 Effet du pH 24

Figure 17Effet de la concentration du BM 25

Figure 18 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel 26

Figure 20 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2 28

Figure 21 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM 30

Figure 22 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le fer

industriel 31

Figure 23 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri) 33

Figure 24 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri 33

Figure 25 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri 34

Figure 26 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le fer

extrait de la lateacuterite 35

Figure 27 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel 36

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique 10

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes 14

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 16

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

17

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene 19

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm) 20

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t =

20 min) 24

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM 25

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM 26

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2 29

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence

de la variation du H2O2 29

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du

BM en fonction du rapport R 31

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite 33

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri 34

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du

BM en fonction des attaques acides (Dano et Koubri) 35

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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LISTE DES ABREVIATIONS

A Absorbance de la lumiegravere (nm)

BM Bleu de meacutethylegravene

C Concentration massique ou molaire en soluteacute (mg L-1

ou Mmol L-1

)

C0 Concentration initiale du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

CA Code Article

CCI Chambre de Commerce et drsquoIndustrie

DBO Demande Biologique en Oxygegravene

DCO Demande Chimique en Oxygegravene

ENH Electrode Normal agrave Hydrogegravene

e- Electron

Fe2+

Fer ferreux

Fe3+

Fer ferrique

H2O2 peroxyde drsquohydrogegravene

H2SO4 Acide sulfurique

HCl Acide chlorhydrique

HNO3 Acide nitrique

I Intensiteacute lumineuse traverseacutee

I0 Intensiteacute initiale lumineuse

kapp constante de vitesse apparente

LEDES Laboratoire Eau Deacutepollution Ecosystegraveme et Santeacute

mL Milli litre

min Minute

nm Nanomegravetre

MΩ Meacutega ohm

OHbull Radicaux hydroxyles

POA Proceacutedeacute drsquoOxydation Avanceacutee

V Vitesse cineacutetique de deacutegradation

UV Ultra-violet

microScm Micro-siemens par cm

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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λ Longueur drsquoonde (nm)

α Ordre partiel

τ Rendement ou taux de deacutegradation ()

td Temps de deacutecoloration (min)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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INTRODUCTION GENERALE

Quel que soit le deacuteveloppement de la socieacuteteacute lrsquoeau reste un facteur primordial dans toutes les

couches socio-eacuteconomiques Malheureusement lrsquoeau douce disponible pour les humains et

aussi pour le reste de lrsquoeacutecosystegraveme repreacutesente moins de 1 du volume total drsquoeau sur terre et

la qualiteacute de la partie disponible et potentiellement utilisable par lrsquohomme nrsquoest que de 01

et nrsquoa cesseacute de se deacutegrader et parfois dlsquoune maniegravere irreacuteversible Selon lrsquoONG Water Aiumld 34

millions de personnes au Burkina-Faso nrsquoont pas accegraves agrave lrsquoeau potable

Lrsquoindustrie du textile est lrsquoune des industries la plus consommatrice drsquoeau (par exemple pour

teindre quelques 30 milliards de kilo de tissusan il faut consommer 4 milliards de tonnes

drsquoeauan) et geacutenegravere des rejets constitueacutes de moleacutecules organiques reacutecalcitrantes preacutesentant

geacuteneacuteralement des problegravemes de couleur de concentrations eacuteleveacutees de DBO de DCO de

matiegraveres en suspension ainsi que de toxiciteacute et de conductiviteacute eacuteleveacutees Selon la Banque

mondiale lrsquoindustrie textile est responsable de 17 agrave 20 de la pollution de leau dans le

monde En 2009 les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels La production mondiale des colorants est estimeacutee agrave plus de 800000

tonnesan (Mansour et al 2010) Drsquoapregraves la Chambre de Commerce et drsquoIndustrie du Burkina

(CCI) la quantiteacute de colorants importeacutee au Burkina-Faso est de 79 tonnes en 2012

Ces colorants dans lrsquoensemble sont toxiques de par leur composition et leurs modes

drsquoutilisation Ils sont susceptibles drsquoinduire chez lrsquoHomme des dermatoses voire des cancers

de la peau tant pour les personnes travaillant agrave la teinture des fibres textiles que via la

transpiration pour les personnes portant les vecirctements De plus les effluents non traiteacutes de ces

colorants sont responsable apregraves rejets de la deacutegradation de lrsquoenvironnement (des eaux de

surface et souterraines des sols voire de la veacutegeacutetation) Pour remeacutedier agrave tous ces impacts

neacutegatifs un traitement par deacutecoloration de ces effluents srsquoimpose avant tout rejet dans

lrsquoenvironnement

La deacutecoloration des rejets de lrsquoindustrie textile est souvent difficile car les colorants

organiques ne sont pas deacutegradeacutes par voies conventionnels En effet ces produits sont stables

aux agents oxydants aux rayonnements et reacutesistent fortement agrave la digestion aeacuterobie Pour cela

plusieurs types de traitement ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes et testeacutes notamment lrsquoosmose inverse la

preacutecipitationcoagulation des matiegraveres colorantes lrsquoadsorption sur charbon actif la filtration

membranaire (Barclay and Buckley2000) Cependant ces proceacutedeacutes classiques de traitement

ne reacutepondent pas agrave cette attente car ils sont pour la plupart non destructifs et tregraves couteux

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour reacutepondre agrave cette faille de nouveaux proceacutedeacutes ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes dont les proceacutedeacutes

drsquooxydation avanceacute (POA) qui sont des proceacutedeacutes de traitement oxydatif subdiviseacutes en quatre

groupes(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon

puisse utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et son

potentiel normal drsquooxydoreacuteduction est de 28VENH (Parsons 2004)

Le proceacutedeacute fenton un des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee est une technologie eacuteprouveacutee et

efficace pour la destruction drsquoun grand nombre de polluant organique Cette technique

consiste agrave initier des reacuteactions de deacutecomposition du peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) par des

sels meacutetalliques en vue de geacuteneacuterer des espegraveces radicalaires (OHbull HO2

bull etc) tregraves reacuteactives

Son inconveacutenient majeur est qursquoil neacutecessite une grande quantiteacute de produits chimiques en

phase homogegravene tels que le fer (Fe2+

) qui geacutenegravere un cout suppleacutementaire et conduit agrave la

geacuteneacuteration de grandes quantiteacutes de boues ou agrave la formation de deacuteriveacutes pour le traitement

Lrsquoobjectif de cet meacutemoire est drsquoeacutetudier la deacutegradation du bleu de meacutethylegravene modegravele de

colorant syntheacutetique textile par le proceacutedeacute fenton en remplaccedilant le fer industriel (Fe3+

Fe2+

)

par le fer extrait de la lateacuterite locale en vue de reacuteduire le cout des traitements des effluents

textiles Si cette expeacuterience au laboratoire donne des reacutesultats satisfaisants elle pourrait ecirctre

extrapoleacutee agrave grande eacutechelle et ecirctre une des solutions pour le traitement de rejets textiles par

des mateacuteriaux locaux en Afrique puisque la lateacuterite recouvre environ 33 de continent

africain et est tregraves abondante au Burkina-Faso

Apregraves une introduction geacuteneacuterale ce meacutemoire sera structureacute en trois (03) chapitres

Le premier chapitre sera consacreacute agrave une eacutetude bibliographique sur les colorants les

meacutethodes de traitements des effluents textiles et la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Le second chapitre abordera la partie mateacuterielles et meacutethodes Nous deacutecrirons les

protocoles expeacuterimentaux le mateacuteriel et les reacuteactifs employeacutes ainsi que les meacutethodes

expeacuterimentales utiliseacutees

Le troisiegraveme chapitre est consacreacute aux reacutesultats obtenus accompagneacutes drsquoune

discussion afin de comparer nos reacutesultats aux autres eacutetudes faites sur la deacutegradation du

bleu de meacutethylegravene (BM) par drsquoautres mateacuteriaux

Une conclusion geacuteneacuterale ainsi que quelques perspectives seront preacutesenteacutees en fin du

document

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE I REVUE BIBLIOGRAPHIQUE

I- LES COLORANTS (Caracteacuteristiques classification et toxiciteacute)

1- Historique des colorants

Depuis le deacutebut de lrsquohumaniteacute les colorants appliqueacutes dans pratiquement toutes les activiteacutes

humaines (peinture teinture du papier de la peau et des vecirctements) eacutetaient drsquoorigines naturelles

et veacutegeacutetales Ces colorants sont tous des composeacutes aromatiques qui proviennent essentiellement

des plantes tel que lrsquoalizarine et lrsquoindigo Lrsquoindustrie des colorants syntheacutetiques est neacutee en 1856

quand le chimiste anglais W H Perkin dans une tentative de synthegravese de la quinine artificielle

pour soigner la malaria a obtenu la premiegravere matiegravere colorante syntheacutetique qursquoil appela

mauve (aniline colorant basique) Apregraves la deacutecouverte de la mauve de nouveaux colorants

ont commenceacute agrave paraitre sur le marcheacute (Jaussaud 1993)

Au deacutebut du 20egraveme

siegravecle les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels Selon Mansour et al (2010) la production mondiale des colorants est

estimeacutee agrave plus de 800000 tonnesan

2- Deacutefinition des colorants

Un colorant est une substance coloreacutee qui interagit avec le milieu dans lequel elle est introduite

et le colore en srsquoy dissolvant etou dispersant lui confeacuterant la proprieacuteteacute de teindre Cette

proprieacuteteacute reacutesulte drsquoune affiniteacute particuliegravere entre le colorant et la fibre Selon le type

drsquoapplication et drsquoutilisation les colorants syntheacutetiques doivent reacutepondre agrave un certain nombre

de critegraveres afin de prolonger la dureacutee de vie des produits coloreacutes sur lesquels ils sont appliqueacutes

Ces critegraveres sont la reacutesistance agrave lrsquoabrasion la stabiliteacute photolytique des couleurs la reacutesistance

agrave lrsquooxydation chimique (notamment les deacutetergents) et aux attaques microbiennes(Pagga and

Brown 1986) et (Zawlotzki Guivarch 2004)

3- Classification des colorants syntheacutetiques

Les matiegraveres colorantes se caracteacuterisent par leur capaciteacute agrave absorber les rayonnements lumineux

dans le spectre visible (de 380 agrave 750 nm) La transformation de la lumiegravere blanche en lumiegravere

coloreacutee par reacuteflexion sur un corps ou par transmission ou diffusion reacutesulte de labsorption

seacutelective deacutenergie par certains groupes datomes appeleacutes chromophores la moleacutecule colorante

eacutetant le chromogegravene Dautres groupes datomes du chromogegravene peuvent intensifier ou changer

la couleur due au chromophore ce sont les groupes auxochromes (Barka 2008)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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4- Les colorants aziniques (thiazines)

Les colorants thiazines sont analogues aux colorants oxazines sauf que lrsquoatome de soufre

remplace lrsquoatome drsquooxygegravene dans lrsquoanneau heacuteteacuterocyclique Ces colorants ont un noyau

phenazonium comme chromophore avec des groupes amineacutes en para par rapport au soufre

comme auxochrome Ils ont un intervalle de couleur du vert au bleu et ils sont stables agrave la

lumiegravere Ils sont utiliseacutes dans le domaine du textile meacutedecine pharmacie et biologie

Seulement cinq colorants thiazines sont connus et toujours fabriqueacutes azure A azure B azure C

thionine et bleu de meacutethylegravene

Le colorant thiazine le plus important est le bleu de meacutethylegravene deacutecouvert par Caro en 1876

Colorants doxazines Colorants thiazines

Oxazines

Thiazine

5- Toxiciteacute des colorants

La prise de conscience quant agrave la dangerositeacute de certains colorants a commenceacute vers 1890 ougrave

lrsquoon surveillait essentiellement les teneurs en cuivre en arsenic et en plomb dans les colorants

syntheacutetiques ou mineacuteraux Cependant bien que des toxicologues aient auparavant mis en

eacutevidence chez les animaux le risque de cancer lieacute agrave lrsquoingestion de certains colorants azoiumlques

rouges ce nrsquoest qursquoapregraves la deuxiegraveme (2egraveme

) guerre mondiale que des seacuterieux tests biologiques

ont abouti agrave la remise en cause de la plupart des colorants utiliseacutes Une reacuteglementation plus

exigeante a eacuteteacute instaureacutee en 1960 concernant le test de toxicologique des colorants mis sur le

marcheacute Pour le cas du Burkina-Faso il yrsquoa un deacutecret ndeg2001-185 (article 12) portant

interdiction de rejet dans lrsquoenvironnement de certaines substances canceacuterigegravenes dans

lrsquoenvironnement

6- Proprieacuteteacutes physico-chimiques du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene colorant azinique (thiazine) de la famille basique ou cationique aussi

appeleacute chlorure de bis-(dimethylamino)- 37 phenazathionium est soluble dans lrsquoeau (50 g L-1

) et

moins soluble dans lrsquoalcool (10 g L-1

) Sa formule chimique est C16H18ClN3S une masse molaire

de 319852 g mol-1

se preacutesente sous forme drsquoune poudre cristalline drsquoun bleu fonceacute est un deacuteriveacute

azoteacute (Fig1)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 1 Bleu de meacutethylegravene et sa structure chimique

Il est couramment utiliseacute comme modegravele de contaminant organique en raison de sa structure

moleacuteculaire stable Dans la reacuteaction de reacuteduction le BM se transforme en leuco meacutethylegravene

incolore due agrave la perte du doublet libre de lrsquoazote et introduction drsquoun atome drsquohydrogegravene

Le BM sous sa forme incolore est

(Eq 1)

bleu de meacutethylegravene chlorure de meacutethylthioninium

S

N

N NCl-

hydroxyde de meacutethylthioninium

S

N

N N HO

Figure 2 Forme incolore du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene est le colorant le plus couramment utiliseacute dans la teinture du coton du bois

et de la soie Il peut provoquer des brucirclures oculaires responsables de blessures permanentes aux

yeux de lrsquohomme et des animaux Son inhalation peut donner lieu agrave des difficulteacutes respiratoires

entrainer des cas drsquoaneacutemie apregraves une absorption prolongeacutee et son ingestion par la bouche produit

une sensation de brucirclure provoque des nauseacutees des vomissements transpiration et sueurs

froides abondantes (Ghosh and Bhattacharyya 2002) Il est aussi est toxique pour les algues et

les petits crustaceacutes agrave partir des concentrations de 01 mg L-1

et 2 mg L-1

respectivement (Ounissa

1996 Meink et al 1997)

Le traitement des rejets industriels contenant ce type de colorant srsquoavegravere drsquoun grand inteacuterecirct

II- TRAITEMENT DES REJETS TEXTILES

1- Geacuteneacuteraliteacutes sur les meacutethodes de traitements

Le traitement des rejets textiles compte tenu de leur heacuteteacuterogeacuteneacuteiteacute de composition conduira

toujours agrave la conception drsquoune chaine de traitement assurant lrsquoeacutelimination des diffeacuterents

polluants par des eacutetapes successives La premiegravere eacutetape consiste agrave eacuteliminer la pollution par

lrsquointermeacutediaire de preacutetraitement (deacutegrillage dessablage deacuteshuilage etc) etou de traitement

physique ou physico-chimique assurant une seacuteparation solide-liquide Drsquoapregraves Barclay and

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Buckley (2000) les techniques de deacutepollution intervenant le plus courant en deuxiegraveme eacutetape

dans les industries se divisent en trois cateacutegories

1- Biologique

Traitement aeacuterobie

Traitement anaeacuterobie

2- Physique

Meacutethode de preacutecipitation (coagulation floculation seacutedimentation)

Adsorption (sur charbon actif)

Osmose inverse filtration sur membrane

3- Chimique

Oxydation (oxygegravene ozone oxydants tels que le H2O2 NaOCl)

Reacuteduction (Na2S2O2)

Meacutethode de complexomeacutetrique

Reacutesine eacutechangeuse drsquoions

A- Meacutethodes biologiques

Lrsquoavanceacutee technologique a permis la conception des systegravemes de traitement biologique

perfectionneacutes en se basant sur lrsquoautoeacutepuration naturelle des eaux Ces proceacutedeacutes biologiques se

font selon deux modes traitements en aeacuterobie (en preacutesence de lrsquooxygegravene) et traitement en

anaeacuterobie (les microorganismes deacutegradent la matiegravere organique en absence de lrsquooxygegravene)

Les proceacutedeacutes drsquoeacutepuration par voie biologique sont baseacutes sur la transformation microbienne des

colorants La plupart des colorants azoiumlques sont tregraves stables et non biodeacutegradables Beaucoup

drsquoeacutetudes ont deacutemontreacute la biodeacutegradation partielle ou complegravete de certains colorants par voie

biologiques (Adnosinda et al 2003) et (Lopez et al 2004) Mecircme si ces techniques sont

adapteacutees agrave un nombre de polluants organiques elles ne sont pas toujours applicables sur les

effluents textiles industriels en raison de fortes concentrations de polluants de leur toxiciteacute qui

entrainent la destruction des microorganismes ou des boues biologiques agrave traiter

B- Meacutethodes physiques

Lorsque les eaux useacutees ne se precirctent pas agrave une deacutepollution par voie biologique (effluent peu ou

pas biodeacutegradable tempeacuterature trop faible valeurs extrecircmes de pH preacutesence de toxiques)

des proceacutedeacutes physico-chimiques classiques permettent de compenser soit en se substituant

totalement agrave lrsquoeacutepuration par voie biologique soit en traitement compleacutementaire On peut citer

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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par exemple la coagulation-floculation suivie drsquoune deacutecantation (clarification) lrsquoadsorption sur

charbon actif lrsquoeacutechange drsquoions ou la filtration membranaire

B1- Coagulation-floculation

Sous le terme de coagulationndashfloculation on entend tous les processus physico-chimiques par

lesquels des particules colloiumldales ou des solides en fine suspension sont transformeacutes par des

floculants chimiques en espegraveces plus visibles et seacuteparables (les flocs) Les flocs formeacutes sont

ensuite seacutepareacutes par deacutecantation et filtration puis eacutevacueacutes Les coagulants inorganiques tels que

lrsquoalun (Al2(SO4)314H2O) donnent les reacutesultats plus que satisfaisants pour la deacutecoloration des

effluents textiles contenant des colorants disperseacutes de cuve et soufreacutes mais sont totalement

inefficaces pour les colorants azoiumlques acides et basiques (Barclay and Buckley 2000) et

(Vendevivere et al 1998) Par ailleurs la coagulationndashfloculation ne peut ecirctre utiliseacutee pour les

colorants fortement solubles dans lrsquoeau comme le cas du BM

Le principal deacutesavantage de cette technique est qursquoelle geacutenegravere une importante quantiteacute de boue

entrainant des investissements suppleacutementaires

B2- Filtration membranaire

Dans ce proceacutedeacute les polluants sont retenus par une membrane semi permeacuteable dont le diamegravetre

des pores est infeacuterieur agrave celui des moleacutecules agrave eacuteliminer Cette technique est largement utiliseacutee

dans le domaine de lrsquoeau potable et le dessalement La filtration sur membrane sous lrsquoeffet

drsquoune pression hydraulique se deacutecline en microfiltration lrsquoultrafiltration la nano filtration et

lrsquoosmose inverse Parmi les quatre types de proceacutedeacutes la nano filtration et lrsquoosmose inverse sont

les plus adapteacutes agrave la reacuteduction partielle de la couleur et des petites moleacutecules organiques

(Taylor and Jacobs 1996) (Calobro et al 1990) En effet la nano filtration srsquoapplique surtout

au traitement des bains de teinture de colorants reacuteactifs en agissant comme un filtre moleacuteculaire

tandis que la microfiltration retient les mateacuteriaux colloiumldaux tels que les colorants disperseacutes ou

de cuve gracircce agrave une laquomembrane eacutecranraquo (Van der Bruggen et al 2003) Lrsquoultrafiltration ne

srsquoapplique qursquoagrave la reacuteduction de DCO et des solides en suspension (Anselme and Jacobs 1996)

et nrsquoest reacuteellement efficace qursquoen combinaison avec la coagulationfloculation

B3- Adsorption sur charbon actif et autres mateacuteriaux

Le polluant est transfeacutereacute de la phase liquide vers la phase solide lors de lrsquoadsorption Le

charbon actif eacutetant consideacutereacute comme lrsquoadsorbant le plus efficace pour la reacuteduction de la

couleur est limiteacute pour lrsquoeacutelimination de certains colorants Seuls les cationiques colorant agrave

mordant disperseacutes ou dits de cuve sont eacutelimineacutes par cette technique (Raghavacharya 1997)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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C- Meacutethodes chimique

Les techniques drsquooxydation chimiques sont geacuteneacuteralement appliqueacutees quand les proceacutedeacutes

biologiques sont inefficaces Elles peuvent ecirctre ainsi utiliseacutees pour les proceacutedeacutes biologiques en

eacutetapes de preacutetraitement afin de diminuer la charge polluante Lrsquooxydation chimique est

eacutegalement appliqueacutee pour le traitement des organiques dangereux preacutesents en faibles

concentrations et des effluents chargeacutes de constituants reacutesistants aux meacutethodes de

biodeacutegradation Le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) le Cl2 et O3 sont les reacuteactifs les plus souvent

utiliseacutes pour ce type de traitement Le H2O2 est un oxydant moyennement fort et son application

pour le traitement des polluants organiques et inorganiques est bien eacutetablie (Neyens et al

2003) Mais lrsquooxydation par H2O2 nrsquoest pas suffisamment efficace pour de fortes concentrations

en colorant Hamada et al (1998) ont proposeacute de traiter les colorants azoiumlques par hypochlorure

de sodium Cependant si la moleacutecule initiale est deacutetruite les halogegravenes sont susceptibles de

former des trihalomeacutethanes comme sous-produits de deacutegradation lesquels sont canceacuterigegravenes

pour lrsquoHomme

Drsquoougrave la neacutecessiteacute drsquoutiliser des produits drsquooxydation encore plus performant comme les

proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutes (POA)

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation

Avanceacutee (POA)

Lrsquoindustrialisation intensive qui a vu le jour au cours du dernier siegravecle a causeacute lrsquoapparition dans

lrsquoenvironnement de polluants eacutemergents reacutefractaires qui sont reconnus canceacuterigegravenes et

mutagegravenes Dans lrsquooptique de limiter la pollution de lrsquoenvironnement des strateacutegies de

traitement efficaces et eacutecologiques ont eacuteteacute deacuteveloppeacutees Parmi ces strateacutegies se trouve

lrsquoapplication des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee (POA) Figure 3

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA)

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Il srsquoagit de proceacutedeacutes de traitement oxydatif qui peuvent ecirctre subdiviseacutes en quatre groupes

(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse

utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et reacutepondent aux

critegraveres suivant (Suty et al 2003)

Ne pas induire de pollution secondaire

Non toxique

Non corrosif pour les eacutequipements

Etre le plus rentable possible

Etre relativement le plus simple agrave manipuler

Les OHbull sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse utiliser dans le domaine des

eaux et des effluents industriels avec une vitesse drsquooxydation (109

fois plus eacuteleveacutee) agrave celle de

lrsquoozone et son potentiel drsquooxydation est de 28 VENH (Parsons 2004) Tableau 1

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique

Oxydant Pouvoir oxydant Edeg (VENH)

OHbull 280

Oo 242

O3 207

H2O2 (milieu acide) 178

Cl2 136

O2 123

Plusieurs secteurs ont utiliseacutes ces proceacutedeacutes pour traiter leurs eaux par exemple Parsons (2004)

lrsquoa utiliseacute pour le traitement des eaux de surface et souterraines Martinez-Huitle and Ferro

(2006) lrsquoont utiliseacute pour le traitement des eaux industrielles Hayet (2011) lrsquoa testeacute dans

lrsquoeacutelimination du 4- chloropheacutenol Hsing et al (2007) et Wu and Chang (2006) ont lrsquoutiliseacute pour

deacutecolorer les eaux des industries textiles Bouafia (2010) a utiliseacute le proceacutedeacute drsquooxydation

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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avanceacutee baseacutee sur le reacuteactif de fenton pour deacutegrader les colorants textiles Derradji (2012) a

coupleacute le POA avec un traitement biologique pour le traitement des eaux useacutees industrielles

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

)

Fenton avait deacutecrivit agrave la fin du XIX egraveme

siegravecle que le fer ferreux (Fe2+

) favorisait fortement

lrsquooxydation de lrsquoacide maleacuteique par le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) en milieu acide (Fenton

1894) Des travaux ulteacuterieurs ont montreacute que la combinaison de H2O2 et de Fe2+

nommeacute

laquo Reacuteactif de Fenton raquo eacutetant un oxydant efficace pour une grande varieacuteteacute de substrats

organiques notamment les pheacutenols les pesticides les aromatiques polycycliques et des

colorants en particulier les azoiumlques (Spadaro et al 1994 Benitez et al 2001 De Heredia et

al 2001) Quarante (40) ans plus tard Haber and Weiss (1934) identifiaient le radical

Hydroxyl comme eacutetant lrsquoespegravece oxydante de la reacuteaction preacutesenteacutee ci-dessous et communeacutement

appeleacutee reacuteaction de Fenton

(Eq2)

Le fer ferrique geacuteneacutereacute peut ensuite reacuteagir avec le peroxyde drsquohydrogegravene pour redonner le fer

ferreux

(Eq3)

La vitesse de deacutecomposition de H2O2 par le Fer II augmente lorsque le pH augmente (le 5) car

dans cette gamme de pH la forme preacutedominante Fe(OH) 2+

est beaucoup plus reacuteactive que lrsquoion

Fe2+

(Kuo 1992)

Lrsquoeacutetude de la deacutepollution des effluents textiles coloreacutes par le proceacutedeacute Fenton (systegraveme H2O2

Fe2+

) a eacuteteacute reacuteveacuteleacutee tregraves efficace et plusieurs eacutetudes ont montreacute que le taux de mineacuteralisation des

colorants syntheacutetiques augmente avec lrsquoaugmentation des doses des reacuteactifs et du temps de

reacuteaction Le rapport des reacuteactifs R =

et le rapport

joue aussi un rocircle important

dans la vitesse de deacutegradation de colorants de deacutepart et sur le taux de mineacuteralisation (Kuo

1992)

Le proceacutedeacute Fenton possegravede trois (03) caracteacuteristiques attractives pour le traitement des

composeacutes organiques (Redha 2011)

Les radicaux hydroxyles OHbull produits reacuteagissent tregraves rapidement (10

9 fois plus reacuteactif

que le O3)

Les reacuteactifs sont simples agrave manipuler et sans danger pour lrsquoenvironnement

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Les produits finaux de deacutegradation (H2O CO2 ions mineacuteraux et hydroxydes ferriques)

nrsquointroduisent pas une pollution suppleacutementaire

Le proceacutedeacute de Fenton est composeacute geacuteneacuteralement de quatre eacutetapes principales ajustement du

pH oxydation neutralisation et coagulationpreacutecipitation Pour lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute la

reacuteaction de fenton ne peut se produire qursquoagrave un pH voisin ou eacutegal agrave 3 ce qui reacutesulte un ajout des

solutions acides Au-delagrave des valeurs de pH comprises entre 3 et 4 le fer (Fe2+

ou Fe3+

) est

susceptible de preacutecipiter et former des hydroxydes de fer induisant ainsi une faible activiteacute

catalytique Le milieu doit ecirctre approvisionneacute drsquoune maniegravere continue Ce qui peut alourdir les

couts de traitement

Le proceacutedeacute Fenton est consideacutereacute aujourdrsquohui comme le proceacutedeacute dont sa mise en œuvre est facile

et plus utiliseacute dans le monde pour le traitement drsquoeffluents industriels textiles mais le proceacutedeacute

est limiteacute par le manque de geacuteneacuteration du catalyseur qui neacutecessite geacuteneacuteralement un apport

constat en reacuteactif et qui contraint de ce fait agrave lrsquoapprovisionner en continu le milieu en peroxyde

drsquohydrogegravene (H2O2) tregraves couteux

III- LA LATERITE

Le Burkina-Faso est un pays de lrsquoAfrique occidentale avec une superficie de 274 000 kmsup2 et le

recouvrement lateacuteritique est un caractegravere dominant des paysages peacuteneacuteplaines ou tabulaires qui

caracteacuterisent sa plus grande partie Les lateacuterites se preacutesentent sous forme de plateaux eacutetendus

buttes teacutemoins cuirasses indureacutes etc Lrsquoeacutepaisseur de ces lateacuterites varie selon la nature des

formations sur lesquelles elles se reposent

La lateacuterite (du latin later brique) est une roche rouge ou brun qui se forme par alteacuteration des

roches sous les climats tropicaux Elle est constitueacutee du fer (Limonite ferrihydrite geothite

heacutematite) drsquoaluminium (Gibbsite cliachite boehmite) de titane de manganegravese et de

silicium On la trouve surtout en domaine intertropical et recouvre 33 des continents

Pour lrsquoeacutetude de la deacutegradation du colorant BM nous avons utiliseacute deux types de lateacuterite

provenant lrsquoune de la reacutegion de Koubri dans le Centre et contenant 314 de fer et lrsquoautre dans

la reacutegion Sud-Ouest du Burkina-Faso contenant 447 pour le traitement (Figure 4) Ces

lateacuterites ont eacuteteacute caracteacuteriseacutees au Laboratoire CRISMAT (Centre National de Recherche et de

Technologie Mateacuteriaux ENSI Caen) en France

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI)

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE

Lrsquoutilisation des substances organiques dans lrsquoindustrie sans traitement est la deacutegradation de la

qualiteacute des eaux qui se reacutepercute sur la santeacute de lrsquoecirctre humain Dans ce chapitre nous allons voir

les produits et mateacuteriels ainsi que la meacutethodologie expeacuterimentale utiliseacutes pour la deacutegradation du

colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute Fenton en phase homogegravene en utilisant le fer

industriel puis le fer extrait de la lateacuterite

Nous preacutesentons en premier lieu la technique du dosage du BM et les reacuteactifs utiliseacutes pour la

deacutegradation de notre colorant Nous eacutevoquons les techniques de caracteacuterisation de la lateacuterite par

diffraction des rayons X et analyse quantitative

I- PRODUITS ET MATERIELS

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite)

Pour lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite nous avons utiliseacute

certains reacuteactifs qui sont illustreacutes dans le tableau 2

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes

Produits Fournisseur Qualiteacute

Bleu de meacutethylegravene Fluka 96

Peroxyde drsquohydrogegravene

(H2O2)

Preacutepareacute par

Laboratoires Gilbert (CA 655-

301-3)

9

Acide sulfurique (H2SO4) Sigma-Aldrich (CA 7664-93-9) 95-97

Sulfate ferreux (FeSO4

7H2O

Fluka Chemika (CA44990) 98

Hydroxyde de Sodium

NaOH

Sigma Aldrich 32

Eau ultra-pure ou Milli-Q Polisseur drsquoeau du LEDES 0055 microScm ou 183

2- Mateacuteriels utiliseacutes

Les mateacuteriels utiliseacutes pour les suivis cineacutetiques de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite sont la spectrophotomeacutetrie DR 5000 la lateacuterite et les trois types drsquoacides

lrsquoacide sulfurique lrsquoacide chlorhydrique lrsquoacide nitrique pour lrsquoextraction du fer de la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM

Les eacutechantillons de lateacuterites utiliseacutees lors de ce travail ont eacuteteacute caracteacuteriseacutes au Laboratoire

CRISMAT (Centre National de Recherche Technologique Mateacuteriaux ENSI Caen) en France Ils

proviennent de deux reacutegions du Burkina-Faso (Dano et Koubri) contiennent respectivement 44

7 et 314 de fer et ont eacuteteacute obtenus par les analyses en diffraction des rayons X (DRX) et en

microscopie eacutelectronique agrave balayage (MEB)

Le principe de lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS

Lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS est une analyse quantitative en des points ou zones speacutecifiques dun

eacutechantillon en utilisant la spectromeacutetrie agrave seacutelection deacutenergie (EDS)

Son principe est que par lintermeacutediaire dun canon agrave eacutelectrons un faisceau deacutelectrons est envoyeacute

sur leacutechantillon En contact avec la matiegravere ces eacutelectrons interagissent de diffeacuterentes faccedilons

Le MEB-EDS du laboratoire va permettre dexploiter trois informations distinctes dont deux qui

vont ecirctre traduites en images

-Une image en eacutelectrons secondaires (SE) qui naicirct dune interaction entre les eacutelectrons du

faisceau et les eacutelectrons des couches eacutelectroniques de latome et qui nous donnera une

information topographique de leacutechantillon

- Une image en eacutelectrons reacutetrodiffuseacutes (BSE) qui reacutesulte de linteraction entre les eacutelectrons du

faisceau le noyau et le nuage eacutelectronique de latome et qui permettra de creacuteer une image par

contraste chimique

- Une troisiegraveme information que lon obtient est une analyse eacuteleacutementaire le microscope

eacutelectronique agrave balayage eacutetant coupleacute agrave un deacutetecteur de rayons X agrave dispersion deacutenergie

Le principe de lrsquoanalyse par Diffraction Rayon X (DRX)

La diffraction des rayons X est une technique danalyse fondeacutee comme son nom lrsquoindique sur la

diffraction des rayons X sur la matiegravere La diffraction des rayons X est un pheacutenomegravene

dinterfeacuterence constructive qui se produit quand un faisceau de rayons X (onde

eacutelectromagneacutetique) peacutenegravetre dans un cristal (empilement peacuteriodique datomes) Il peut donc

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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apparaitre quand on place un monocristal un poly-cristal ou une poudre devant une source de

rayons X Lemplacement des faisceaux diffracteacutes nous informe sur la peacuteriodiciteacute du (des) cristal

tandis que lintensiteacute de ces faisceaux nous informe sur la nature et la position des atomes

contenus dans le cristal La position des intensiteacutes diffracteacutees nous renseignera sur la taille de la

maille tandis que lintensiteacute nous permettra de calculer la position des atomes dans la maille

ainsi que leur nature Les proprieacuteteacutes chimiques ou physiques dun mateacuteriau deacutependent de la

position et la nature des atomes du cristal

Les caracteacuteristiques du diffractomegravetre des eacutechantillons de la poudre de lateacuterite analyseacutee sur un

diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 eacutequipeacute drsquoun monochromateur avant et drsquoun deacutetecteur Lynx-

Eye sont rassembleacutees dans le tableau et figures ci-dessous

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Position initiale [deg2Th] 10 0050

Position finale [deg2Th] 99 9910

Taille [deg2Th] 00110

Temps drsquoeacutetape de balayage [s] 1170

Fente de divergence Fixed

Fente de divergence [mm] 2

Tempeacuterature de mesure [degC] 21

Mateacuteriel drsquoanode Cu

K Alpha 1 [Aring] 154060

Geacuteneacuterateur 40 mA 40 kV

Monochromateur de rayon incident Oui

Rotation Non

Ouverture de deacutetecteur [deg] 35

Deacutetecteur de discrimination LL [V] 017

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri

Les diffeacuterentes phases des eacutechantillons de lateacuterites par lrsquoanalyse en diffraction RX sont

reacutecapituleacutees sur ce tableau

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

Phase Koubri Dano

-massique -massique

Phase majoritaire Kaolinite 333 36

Quartz 326 161

Deuxiegraveme sous-ensemble de phase Goethite FeO(OH) 211 352

Heacutematite Fe2O3 73 63

Ferrite

(fer-alpha)

3 32

Phase anatase TiO2 27

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene

La solution megravere du BM de concentration 1 g L-1

a eacuteteacute preacutepareacutee en mettant les cristaux dans un

litre drsquoeau distilleacutee Les solutions standard pour lrsquoeacutetablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage ont

eacuteteacute obtenues par des dilutions successives jusqursquoaux concentrations deacutesireacutees

Le suivi de lrsquoeacutevolution de la concentration du BM au cours du temps est fait par

spectrophotomeacutetrie UVVisible

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible

La spectrophotomeacutetrie est une technique analytique quantitative qui consiste agrave mesurer

lrsquoabsorbance ou la densiteacute optique drsquoune substance chimique donneacutee en solution La meacutethode

repose sur la loi de Beer-Lambert qui eacutenonce

Lorsqursquoune substance absorbe de la lumiegravere dans le domaine de lrsquoultra-violet et du

visible lrsquoeacutenergie absorbeacutee provoque des perturbations dans la structure eacutelectronique des

atomes ions ou moleacutecules Un ou plusieurs eacutelectrons utilisent cette eacutenergie pour sauter

drsquoun niveau de basse eacutenergie agrave un niveau de plus haute eacutenergie Ces transitions

eacutelectroniques se font dans le domaine de 350 agrave 800nm pour le visible et entre 200 agrave 350

nm pour lrsquoultra-violet

Un milieu homogegravene traverseacute par la lumiegravere absorbe une partie de celle-ci les

diffeacuterentes radiations constituant le faisceau incident sont diffeacuteremment absorbeacutees

suivant leur longueur drsquoonde et les radiations transmisses sont alors caracteacuteristiques du

milieu

Soit un rayon lumineux monochromatique de longueur drsquoonde λ traversant un milieu

homogegravene drsquoeacutepaisseur l Le taux de deacutecroissance de lrsquointensiteacute lumineuse en fonction de

lrsquoeacutepaisseur du milieu absorbant est donneacute par la loi de Lambert

A= log (

) (Eq4)

Avec

I0 intensiteacute initiale de la lumiegravere traverseacutee

I intensiteacute de la lumiegravere transmise

A absorbance

La spectrophotomeacutetrie UVVisible permet de suivre la deacutecoloration des solutions gracircce aux

absorbances qui eacutevoluent en fonction du temps de traitement Elle permet eacutegalement de suivre

lrsquoeacutevolution des ions gracircce agrave leurs diffeacuterents dosages

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM

a- Deacutetermination des longueurs drsquoondes drsquoabsorption maximale

Le spectre drsquoabsorbance du BM a eacuteteacute balayeacute entre 200 et 800 nm afin de suivre quantitativement

sa concentration Les pics de notre colorant sont obtenus agrave 661nm et 291nm (fig 8) Les

diffeacuterentes absorbances ont eacuteteacute deacutetermineacutees et une courbe deacutetalonnage a eacuteteacute traceacutee en utilisant

des solutions standard variant de 0 agrave 8 mg L-1

pour les deux longueurs drsquoondes

Figure 8 Spectre du Bleu de meacutethylegravene

b- Etablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage du BM

La concentration [Fx] des solutions eacutetalon varie de 1 agrave 8 mg L-1

Les volumes agrave preacutelever sont

calculeacutes en appliquant lrsquoeacutequation suivante

(Eq5)

Avec [Fx] - Concentration de lrsquoeacutetalon

Vx - Volume drsquoeacutetalon agrave preacuteparer

[M] - Concentration de la solution megravere

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene

Solution Zero 1 2 3 4 5

Concentration [mgL-1] 0 2 3 4 6 8

Volume neacutecessaire [mL] 0 02 03 04 06 08

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Pour tracer la courbe drsquoeacutetalonnage nous avons introduit les diffeacuterents volumes dans des fioles de

100 mL ensuite nous avons compleacuteteacute agrave lrsquoeau distilleacutee jusqursquoau trait de jauge On a mis la

spectrophotomeacutetrie en marche et proceacutedeacute agrave la lecture du blanc puis successivement des solutions

eacutetalons

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm)

Solution 0 1 2 3 4 5

Con (mg L-1

) 0 2 3 4 6 8

Absorbance (nm) pour λ = 661 0 085 13 18 23 3

Absorbance (nm) pour λ = 291 0 04 06 09 12 17

Figure 9 Courbe deacutetalonnage (λmax = 661 nm et λmax = 291 nm) variation de labsorbance en

fonction de la concentration du BM

4- Preacuteparation des solutions de fer

a- Solution de fer industriel

Le reacuteactif utiliseacute est le sulfate ferreux ou sulfate de fer (II) drsquoune poudre blanchacirctre agrave lrsquoeacutetat

anhydre dont la formule est FeSO4 7H2O Pour la preacuteparation du Fe2+

de concentration 3 g L-1

nous avons verseacute 3 g du sulfate ferreux anhydre dans une fiole de 1 L contenant 500 mL drsquoeau

milli-Q puis ajouter une (1) goutte drsquoacide sulfurique (H2SO4) concentreacute agrave 98 dans la fiole et

laisser agiter pendant 30 secondes Apregraves compleacuteter jusqursquoau trait de jauge et placer sous

agitation durant 1 h jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune solution de couleur rouge brique

b- Solution de fer de la lateacuterite

Pour la deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite les solutions de la lateacuterite

ont eacuteteacute preacutepareacutees de la maniegravere suivante

Pour le lit de lateacuterite nous avons preacuteleveacute

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

Compleacuteter drsquoeau milli-Q (eau ultra pure) jusqursquoau trait de jauge

y = 03938x

Rsup2 = 09869

0

05

1

15

2

25

3

35

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

661nm

y = 02094x

Rsup2 = 09972

0

02

04

06

08

1

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

291 nm

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Ajuster par la suite le pH de la solution agrave 3 avec lrsquoacide sulfurique (concentreacute agrave

95-97)

Figure 8 Lit de lateacuterite

Pour la lateacuterite attaqueacute par de lrsquoacide concentreacute pour lrsquoextraction du Fer

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

30 m L drsquoacide (HClHNO3H2SO4)

Ajouter avec prudence 20 mL drsquoeau milli-Q pour avoir 50 mL de solution

Preacutelever le surnageant pour le traitement du bleu de meacutethylegravene

Figure 9 Attaque acide de la lateacuterite

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton

Lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM srsquoest faite par trois diffeacuterentes eacutetapes

Une solution du BM est soumise agrave un traitement par proceacutedeacute Fenton en utilisant du H2O2

et le fer industriel (Fe2+

) ajustement du pH agrave 3 (Fig12)

Figure 10 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel

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Pour la deacutegradation du BM en utilisant la lateacuterite deux eacutetapes ont eacuteteacute imageacutes lrsquoune par

un lit de lateacuterite et lrsquoautre par la lateacuterite attaqueacutee par trois types drsquoacides (Fig13)

Figure 11 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM

Nous avons deacutetermineacute la cineacutetique de deacutecoloration agrave partir des valeurs des absorbances trouveacutees

agrave 661nm La deacutetermination de la constante de vitesse kapp permet de donner un ordre de

grandeur de la vitesse Expeacuterimentalement on peut montrer que la vitesse de reacuteaction bilan du

BM srsquoeacutecrit de la maniegravere suivante

Bleu de meacutethylegravene + OHbull rarr sous-produit du bleu de meacutethylegravene (Eq6)

Pour la cineacutetique drsquoordre 1

V = -

= kapp (Eq7) reacuteaction de pseudo ordre un laquo1 raquo

Avec

V vitesse de deacutegradation catalytique (mg L-1

h-1

)

kapp constante apparente de deacutegradation (min ou h-1

)

[BM] concentration du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

t temps de reacuteaction (h)

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

Ln (

) = kapp t (Eq8)

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Figure 12 Reacuteaction de pseudo ordre 1

Pour la cineacutetique drsquoordre 2

V = -

= kapp (Eq9) reacuteaction de pseudo ordre un laquo2 raquo

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

int

= - int

(Eq10)

(Eq11)

Figure 13 Reacuteaction de pseudo ordre 2

Pour le calcul des rendements ou taux drsquoabattement (τ) agrave lrsquoissu des eacutetudes cineacutetiques de

deacutegradation du BM nous avons utiliseacute cette formule ci-dessous

τ =

(Eq12)

Rsup2 = 09863

-070

-060

-050

-040

-030

-020

-010

000

0 2 4 6 8

ln (C

Co)

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 1

Rsup2 = 09499

0

0005

001

0015

002

0025

003

0 2 4 6 8

1C

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 2

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CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL

Tous les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes agrave tempeacuterature ambiante (25degC) Les concentrations du bleu de

meacutethylegravene choisies pour lrsquoexpeacuterience sont 10 et 40 mg L-1

1- Effet de pH du milieu

Etant donneacute que le proceacutedeacute Fenton est baseacute sur lrsquoeffet catalytique du Fer et plus preacuteciseacutement

du Fe2+

il nous est paru neacutecessaire de commencer lrsquoeacutetude par la deacutetermination du pH

optimale pour le proceacutedeacute Lrsquoajustement du pH du milieu srsquoeffectue agrave lrsquoaide drsquoune solution

drsquoacide sulfurique Ce choix est justifieacute par lrsquoexistence deacutejagrave au sein de la solution des ions

2-

suite agrave lrsquoaddition du Fe2+

sous la forme de FeSO4 7H2O

Les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes avec une concentration en BM de 20 mg L-1

un rapport R = 15

correspondant agrave des concentrations de 6 et 040 mg L-1

en H2O2 et Fe2+

respectivement et

pour des valeurs de pH variant entre 3 et 5 Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacute sur figure 16

Figure 14 Effet du pH

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t = 20

min)

pH Rendement ()

3 96

35 5245

4 6156

5 5509

000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 5 10 15 20

[BM

] m

gL

ˉˡ

temps de deacutegradation (mn)

pH = 3

pH = 35

pH = 4

pH = 5

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Drsquoapregraves le tableau preacutecegravedent nous observons que le pH favorable pour la deacutegradation du BM

par le proceacutedeacute Fenton est pH = 3 avec un taux de deacutegradation de 96 au bout de 20 min

De nombreux travaux sur les proceacutedeacutes Fenton ont montreacute que le pH 3 semble ecirctre la meilleure

valeur pour une deacutegradation optimale des polluants organique ((Tang and Huang 1996 Kuo

and Lo 1999) Pour la suite du travail nous adopterons deacutesormais cette valeur de pH

2- Effet de la concentration en BM

Nous avons traiteacute agrave un pH = 3 et agrave 25degC deux solutions du BM de concentration diffeacuterentes

(10 mg L-1

et 40 mg L-1

) en fixant les concentrations de Fe2+

agrave 134 mg L-1

et celle du H2O2 agrave

6 mg L-1

(figure 17)

Figure 15Effet de la concentration du BM

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM

[BM] mg L-1

Rendement () Temps de

deacutecoloration (min)

10 9738 8

40 9565 14

Nous avons constateacute que la concentration du BM de concentration 10 mg L-1

srsquoest deacutegradeacutee

rapidement et complegravetement avec un temps de deacutecoloration (td) de 8 min tandis que celle de

40 mg L-1

est plus lente avec un td de 14 min Donc plus la solution est concentreacutee plus le

temps de deacutegradation est important

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La cineacutetique de deacutecoloration du colorant BM de concentrations respectives de 10 et

40 mg L-1

obeacuteit agrave la loi cineacutetique de pseudo premier

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM

Solution kapp

BM = 10 mg L-1

028

BM = 40 mg L-1

010

La deacutetermination de la constante apparente de vitesse montre eacutegalement que cette derniegravere

varie en fonction de la concentration en BM En effet la valeur de kapp est deux fois plus

supeacuterieure pour une concentration en BM de 10 mg L-1

que pour celle de 40 mg L-1

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene

Figure 16 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel

Une solution du bleu de meacutethylegravene de concentration 40 mg L-1

est soumise agrave un traitement par

proceacutedeacute Fenton en utilisant 6 mg L-1

de H2O2 et le fer industriel agrave une concentration de 134

mg L-1

Des preacutelegravevements ont eacuteteacute effectueacutes agrave des intervalles reacuteguliers de temps afin de suivre

lrsquoeacutevolution de la deacutegradation par Spectrophotomeacutetrie Lrsquoanalyse spectromeacutetrique des

eacutechantillons est effectueacutee par un balayage du spectre UV-Visible entre 200 et 800 nm (figure

18)

Nous remarquons que plus le temps de traitement est important plus le pic drsquoabsorbance dans

le visible agrave 661 diminue drsquointensiteacute pour srsquoannuler complegravetement agrave partir du 30 min Par

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contre le pic dans le domaine UV agrave 291 il diminue certes drsquointensiteacute mais ne srsquoannule pas

mecircme apregraves 45 min de traitement

Ce reacutesultat nous permet de conclure que le proceacutedeacute Fenton permet une deacutegradation partielle

de la moleacutecule du BM au bout de notre temps de reacuteaction Drsquoapregraves Cao et al (1999) les pics

appartenant aux domaine drsquoUV entre 200 et 260 sont relatives au cycle benzegravene mono ou

poly substitueacute Ceci revient agrave dire que la deacutegradation du BM passe par deux eacutetapes

Deacutegradation du groupement fonctionnel de la moleacutecule du BM (λ = 661 nm) crsquoest agrave

dire que la rupture de lrsquoheacuteteacuterocycle central entraine la perte des conjugaisons des deux

lateacuteraux ce qui explique la deacutecoloration plus ou moins rapide de la solution

La deacutegradation des cycles benzegravene persistant en solution est beaucoup plus lente

puisque lrsquointensiteacute de ce pic (λ = 291 nm) diminue mais ne srsquoannule pas alors que la

solution est claire On peut dire eacutegalement que cette deacutegradation des cycles benzegravene

persistants est due au temps de reacuteaction trop court

4- Effet de la concentration du H2O2

a) En Absence de Fer

En utilisant deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

nous

avons varieacute les concentrations du H2O2 de 1 agrave 6 mg L-1

en absence du fer agrave un pH = 3 et agrave

tempeacuterature ambiante Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacutes sur la figure ci-dessous

Figure 19 Deacutegradation du BM par H2O2 seul

Quel que soit la concentration du BM 10 mg L-1

ou 40 mg L-1

lrsquoeffet du H2O2 sur la

deacutegradation du colorant est pratiquement nulle En effet apregraves un temps arbitraire de 20 min

de traitement on remarque un taux drsquoabattement de 17 pour la concentration en BM de 10

mg L-1

alors qursquoil est nul pour une concentration initiale de 40 mg L-1

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Il est donc clair que le pouvoir oxydant du H2O2 nrsquoest pas assez suffisant pour pouvoir

deacutegrader le BM En effet le H2O2 agrave un pouvoir oxydant de Edeg = 176 VENH par contre

celui drsquoOHbull est de 28 VENH

La mecircme conclusion a eacuteteacute observeacute par Naima (2008) sur lrsquoutilisation du H2O2 seul dans le

traitement des huiles drsquoolive (margines) Le reacutesultat a donneacute que le H2O2 seul pour des valeurs

de concentrations 3 et 20 g L-1

ne peut eacuteliminer totalement la margine de lrsquoeffluents drsquohuilerie

drsquoolive de concentration initiale de 1 g L-1

la moyenne de taux drsquoabattement obtenue ne

deacutepasse pas la valeur de 32 Yameogo (2013) a remarqueacute eacutegalement que lrsquoutilisation du

H2O2 seul nrsquoa eu aucune influence sur la deacutegradation de lrsquoamarante par proceacutedeacute photo-fenton

et heacuteteacuterogegravene avec charbon actif la concentration nrsquoa pas varieacute tout au long du traitement

b) En preacutesence du Fer

Lrsquoefficaciteacute du traitement est donc tributaire de lrsquoexistence de deux entiteacutes H2O2 et Fe2+

En

effet Bach et al (2010) ont utiliseacute le Fe2+

pour traiter lrsquoeau industrielle ils ont trouveacute que le

fer a permis de mineacuteraliser 95 drsquoeacutethylegravene-glycol et 85 de pheacutenol dans une eau industrielle

par proceacutedeacute Fenton Marciel et al (2004) ont remarqueacute que lrsquoapport de sulfate ferreux a

ameacutelioreacute la reacuteduction du COT de 45 agrave 55 lors drsquoune eacutetude drsquooxydation drsquoune solution

pheacutenolique par le proceacutedeacute photo-fenton

Pour la suite Nous avons maintenu la mecircme variation des concentrations en H2O2 (de 1 agrave 6

mg L-1

) mais en additionnant le fer industriel (sulfate ferreux) avec une concentration de 134

mg L-1

pour deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

agrave

tempeacuterature ambiante et agrave un pH eacutegale agrave 3 Ceci revient qursquoen solution le rapport R =

varie de 075 15 25 5 (Figure 20)

Figure 17 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

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Quel que soit la concentration initiale en BM ou en H2O2 lrsquoaddition du fer a entraineacute

lrsquoapparition de la deacutegradation graduelle de la coloration

Plus la concentration en H2O2 est importante plus la vitesse de deacutegradation augmente

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

[BM] mg L-1

10 40

Variation de H2O2 Rendement () Rendement ()

1 6730 5508

2 8522 7029

3 9769 9632

6 9954 9860

La figure 20 montre que taux de deacutecoloration en preacutesence du catalyseur devient plus

important avec lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 Il passe apregraves 60 min de

traitement de 6730 pour une concentration en H2O2 de 1 mg L-1

agrave 9954 pour celle de 6

mg L-1

Ceci est parfaitement preacutevisible puisque lrsquoexistence de lrsquoHydroxyde radicalaire principale

responsable de la deacutegradation est tributaire de la concentration initial en H2O2 (Eq2 sect 11)

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence de

la variation du H2O2

[BM] = 10 mg L-1

[BM] = 40 mg L-1

Ordre de la

reacuteaction k k

075 00036 00005 Ordre 2

15 00092 00007

25 0067 0065 Ordre 1

5 02879 0103

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Nous remarquons que lorsque la concentration en H2O2 augmente lrsquoordre partiel de la reacuteaction

change En effet pour des concentrations en H2O2 lt 3 mg L-1

la reacuteaction de deacutegradation est de

lrsquoordre 2 alors que pour des concentrations plus eacuteleveacutees elle est drsquoordre 1

Nadjette (2009) a montreacute que la deacutegradation du Meacutethyle Orange en preacutesence de dioxyde de

titane (TiO2) suit une cineacutetique drsquoordre 1 Redha (2011) a trouveacute eacutegalement lrsquoordre partiel de

la reacuteaction est eacutegal agrave 1 lors de son eacutetude sur le traitement du Rouge drsquoalizarine S et lrsquoOrange

G par proceacutedeacute drsquooxydation avanceacutee (POA)

Bennani et al (2010) ont eacutelimineacute le bleu de meacutethylegravene en solution aqueuse par lrsquoargile de Safi

(Maroc) Les reacutesultats ont montreacute que le pseudo-second ordre peut deacutecrire le comportement

cineacutetique de lrsquoadsorption du bleu de meacutethylegravene sur lrsquoargile brute et celle purifieacutee Des reacutesultats

similaires ont eacuteteacute observeacutes Gurses et al (2006) et Tsai et al (2007)

Les valeurs de kapp obtenus pour une solution de concentration initiale en BM de 10 mg L-1

sont supeacuterieures agrave celles obtenues pour la solution de 40 mg L-1

et ce lagrave quel que soit lrsquoordre

de la reacuteaction ou la concentration en H2O2 en solution Ces valeurs augmentent avec

lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 et passe de 36 10-3

agrave 02879 et de 05 10-3

agrave 0103

pour une les solutions en BM de 10 et 40 mg L-1

respectivement

5- Effet de la concentration en fer

Pour la suite nous eacutetudierons lrsquoeffet de la concentration en Fer sur lrsquoefficaciteacute du traitement

du BM pour deux solutions de concentration 10 et 40 mg L-1

en BM Les essais ont eacuteteacute

reacutealiseacutes en maintenant constante la concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

et en faisant varieacute la

concentration en Fe2+

de 02 agrave 134 mg L-1

correspondant agrave une variation du rapport R =

de 5 agrave 30

Figure 18 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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En absence de fer aucune baisse dans la concentration en BM nrsquoest observeacutee Pourtant degraves

lrsquoajout drsquoune faible concentration (02 mg L-1

) entraine une diminution progressive de la

couleur au cours du temps Il est eacutegalement observeacute que quel que soit la concentration initiale

en BM le temps de deacutegradation (td) du colorant est inversement proportionnel agrave la

concentration en Fe2+

en solution En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

td

passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 alors que pour une concentration

de 40 mg L-1

il passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig22)

Figure 19 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer industriel

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction du rapport R

[BM] = 10 mg L

-1 [BM] = 40 mg L

-1

kapp kapp

OR

DR

E

1

par

rapport

agrave B

M 30 00027 00125

15 00061 00321

10 0026 00496

5 02879 0103

Nous remarquons que lrsquoeffet de lrsquoaugmentation de la concentration en Fe2+

en solution sur la

cineacutetique de deacutegradation du BM est beaucoup plus important pour des faibles concentrations

(10 mg L-1

) que pour les fortes concentrations (40 mg L-1

) En effet pour une variation de R de

30 agrave 10 kapp eacutevolue de 27 10-4

min agrave 26 10-2

min soit un facteur 100 pour une concentration

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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en BM de 10 mg L-1

alors qursquoelle eacutevolue de 00125 agrave 005 soit un facteur 4 pour une

concentration en BM de 40 mg L-1

Drsquoapregraves ces reacutesultats on peut conclure drsquoune faccedilon geacuteneacuterale que la preacutesence drsquoune forte

concentration du catalyseur favorise la formation des radicaux OHbull principaux responsable de

la deacutegradation du BM Pourtant il a eacuteteacute montreacute dans plusieurs eacutetudes (Brillas et al 2004

Diagne 2006 Oturan et al 1999) que le Fe2+

ajouteacute agrave forte dose entraine une perte du

rendement du proceacutedeacute puisque le Fe2+

en plus de son rocircle de catalyseur peut jouer un rocircle de

destructeur crsquoest-agrave-dire qursquoil piegravege les OHbull produits

Lrsquoeacutelimination des polluants reacutefractaires est donc tributaire de la preacutesence des ions meacutetallique

sauf qursquoil neacutecessite un apport important en Fe2+

ce qui entraine un coucirct (Bouafia 2010)

Crsquoest pour cette raison que nous avons opteacute pour lrsquoutilisation de la lateacuterite en faisant une

attaque acide afin drsquoextraire le fer pour traiter le BM

II- UTILISATION DE LATERITE

Les eacutechantillons de la lateacuterite choisie se preacutesentent tous sous forme de poudres de couleur

ocre Lrsquoapplication drsquoun proceacutedeacute qui neacutecessite des quantiteacutes preacutecis de fer est un peu difficile

pour un pays dont le taux drsquoalphabeacutetisation est seulement de 218 et un seuil de pauvreteacute

(PIB par habitant est eacutegal agrave 1500 $) En effet lrsquoajout drsquoune forte concentration du catalyseur

dans la solution agrave traiter peut diminuer lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute Fenton Lrsquoanalyse DRX a

montreacute que la lateacuterite existante au Burkina-Faso est riche en fer En effet pour la reacutegion de

Dano le pourcentage en fer atteint 44 en masse alors que pour Koubri il est de 31

La premiegravere question auquel on srsquoeacutetait poseacute est si le fer eacutetait facilement ex tractable ou bien il

neacutecessite une mineacuteralisation preacutealable

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

La figure ci-dessous montre lrsquoallure de lrsquoeffet de lit de lateacuterite de Dano drsquoune part et celui de

Koubri drsquoautre avec ajustement de pH dans une solution du BM de concentration 40 mg L-1

en maintenant ma concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 20 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

Nous observons que la solution du BM en contact avec le lit de Dano se deacutegrade plus vite que

celle en contact avec le lit de lateacuterite de Koubri Cela est ducirc au fait que la lateacuterite de Dano

libegravere plus facilement sa phase ferrique par rapport agrave celle de Koubri

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri)

Dans ce cadre nous avons compareacute lrsquoeffet drsquoun lit de lateacuterite (ajustement du pH) et une lateacuterite

attaqueacutee avec du H2SO4 sur une solution du BM agrave 40 mg L-1

La concentration en H2O2 eacutetant

maintenue agrave 6 mg L-1

(figure 24)

Figure 21 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri

La figure 24 montre que la quantiteacute de colorant deacutegradeacutee deacutecroit plus rapidement dans le cas

de lrsquoattaque acide Ce comportement est ducirc qursquoelle libegravere plus de Fe2+

en solution Le Fe2+

en

contact avec le H2O2 forme les radicaux hydroxyles (OHbull) pour le traitement des polluants

organiques par le proceacutedeacute Fenton

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

[BM] mg

L-1

Dano Koubri

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Rendement

()

4394 9991 364 9685

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Le taux drsquoabattement du BM par lrsquoattaque acide sur la lateacuterite de Dano est de 9991 apregraves

un temps de manipulation de 5 heures alors que celui du lit de lateacuterite (ajustement du pH) est

de 4394 pour le mecircme intervalle de temps

Cette diffeacuterence de rendement entre les lits de deux lateacuterites (Dano 4394 et Koubri

364) est due que la lateacuterite de Dano libegravere plus facilement sa phase ferrique que celle de

Koubri Etant donneacute que les phases ferriques sont les mecircmes pour les deux lateacuterites on

pourrait conclure que la diffeacuterence provient aussi du fait que la lateacuterite de Dano est beaucoup

plus riche en fer Ce qui facilite son extraction et que pour Koubri la phase Anastase en TiO2

pourrait gecircner son extraction

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et

Koubri)

Nous avons compareacute lrsquoefficaciteacute de 3 acides (sulfurique laquoH2SO4raquo chlorhydrique laquoHCl raquo et

nitrique laquoHNO3raquo) pour lrsquoextraction du fer des lateacuterites La concentration de la solution du

BM utiliseacutee est de 40 mg L-1

la concentration en H2O2 est toujours maintenue agrave 6 mg L-1

Figure 22 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri

La figure 25 montre que la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est la plus efficace pour la

deacutecoloration de la solution En effet Pour la lateacuterite de Dano le td est de 40 mn pour le H2SO4

et drsquoune heure (1h) et 1h30 pour le HNO3 et le HCl respectivement Pour celle de Koubri le

td de la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est drsquoune heure (1h) tandis que pour des deux autres

acides HCl et HNO3 les td sont respectivement de deux (2h) et quatre heure (4h)

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri

[BM] mg L-1

Dano Koubri

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Rendement () 9991 9890 9797 9685 9593 9223

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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On peut deacuteduire que lrsquoefficaciteacute de lrsquoattaque acide par le H2SO4 utiliseacute pour extraire le fer de

la lateacuterite est due au caractegravere diacide (H2SO4)

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri)

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig26)

Figure 23 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer extrait de la lateacuterite

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction des attaques acides (Dano et Koubri)

Attaque acide Dano Koubri

kapp

OR

DR

E 1 par

rapport

agrave B

M

HCl 00127 00094

HNO3 00131 00096

H2SO4 00142 00194

Nous remarquons que lrsquoutilisation de la lateacuterite de Dano ne change pas lrsquoordre apparent de la

vitesse de deacutegradation qui reste eacutegale 1 La valeur de kapp varie de 127 10-2

min-1

pour HCl et

142 10-2

min pour H2SO4 ce qui confirme bien le reacutesultat obtenu pour la figure 19

Pour la lateacuterite de Koubri la valeur de kapp varie de 910-3

min-1

pour HCl et 194 10-2

min-1

pour H2SO4

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer

de la lateacuterite (Dano et Koubri)

Sur la figure 27 nous avons superposeacute les reacutesultats obtenus pour la deacutegradation drsquoune solution

de 40 mg L-1

du BM en preacutesence de 6 mg L-1

de H2O2 avec lrsquoajout de Fer extrait de la lateacuterite

de Dano et Koubri drsquoune part et le fer industriel drsquoautre part

Figure 24 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel

Il est montreacute que le taux de deacutegradation obtenu est perceptiblement le mecircme seule reste un

handicap le temps de traitement 20 min pour le fer industriel 40 min pour le fer extrait de la

lateacuterite de Dano et 1h pour celui de Koubri

Le traitement par la lateacuterite de Dano est efficace et preacutesente donc un avantage certains

puisqursquoil permet de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du BM par rapport agrave celui par la lateacuterite de

Koubri qui deacutegrade seulement que 9796

Beaucoup drsquoeacutetudes ont eacuteteacute faites sur lrsquoeacutelimination du bleu de meacutethylegravene En utilisant le

charbon actif commercial CECA40 de granulomeacutetrie infeacuterieure agrave 125 μm Houas et al (1999)

ont eacutelimineacute 93 du BM dans lrsquoeau pour un temps de contact de 5heures Kumar and

Tamilarasan (2013) ont utiliseacute 01g de charbon actif agrave base des graines drsquoacacia pour eacuteliminer

9312 de BM Bennani et al (2010) ont eacutetudieacute lrsquoadsorption BM sur lrsquoargile brute et

purifieacutee Ils ont montreacute que le processus drsquoadsorption est tregraves rapide et que 95 de la quantiteacute

adsorbeacutee est atteinte pendant les dix premiegraveres minutes Talidi (2006) a utiliseacute la pyrophyllite

(argile) il a montreacute que lrsquoadsorption du BM est de lrsquoordre de 7845 6658 et 5471

respectivement pour les concentrations initiales de 75 225 et 374ppm Sassi and Bennour

(2011) ont utiliseacute le traitement biologique par Biosorption du BM par Pseudomonas

Aeruginosa isoleacute agrave partir drsquoune boue de laiterie a montreacute un taux drsquoeacutelimination du BM variant

de 45 agrave 55 aux valeurs de pH = 7 et 8

Nous pouvons dire que le traitement par la lateacuterite a permis de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du

BM par rapport aux eacutetudes faites en utilisant drsquoautres mateacuteriaux et que la lateacuterite recouvre

000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 100 200 300

[BM

] mg

Lˉˡ

temps de traitement (mn)

Attaque acide

(Dano)

Attaque acide

(Koubri)

Fer industriel

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33 du continent mondial ce qui pourrait rendre son utilisation moins chegravere par rapport aux

autres traitements (Fer industriel Charbon actifhellip) puis qursquoon nrsquoa pas fait une eacutetude

eacuteconomique pour voir son cout

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CONCLUSION

Ce travail qui a porteacute sur la deacutegradation du colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute

Fenton en comparant les performances obtenues entre lrsquoutilisation du fer industriel (Fenton

classique) et le fer extrait de la lateacuterite ont montreacute que

Pour lrsquoutilisation du fer industriel la deacutegradation du BM est obtenue agrave une valeur de 3 pour

une variation du rapport des concentrations R de 15 agrave 5 et que lrsquoutilisation du peroxyde (H2O2)

seul ne peut pas deacutegrader le BM car son pouvoir oxydant nrsquoest pas assez suffisant pour

pouvoir deacutegrader le colorant Lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute est donc intimement lieacutee agrave lrsquoexistence de

deux reacuteactifs En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

le temps de deacutecoloration

(td) passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 et pour celle de 40 mg L-1

il

passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R Le traitement du BM par proceacutedeacute

fenton est donc tributaire de lrsquoutilisation de Fe2+

Afin de minimiser le coucirct du traitement et surtout voir lrsquoefficaciteacute du traitement en utilisant la

lateacuterite nous avons essayeacute de remplacer le fer industriel par le fer extrait de la lateacuterite

provenant de deux reacutegions du Burkina-Faso Dano et Koubri

Les reacutesultats obtenus par lrsquoutilisation du fer de la lateacuterite sont inteacuteressants pour des eacutetudes sur

drsquoautres colorants En effet le lit de lateacuterite avec ajustement du pH a permis une deacutegradation du

colorant de 44 pour un temps de traitement de 5h tandis que le traitement par lrsquoattaque acide

lui a deacutegradeacute le BM de pregraves que 100 En effet les taux drsquoabattements pour lrsquoattaque acide de

la lateacuterite de Dano et de Koubri sont respectivement de 99 au bout de 40 min et de 97 pour

une manipulation drsquoenviron 1 h

Cette eacutetude sur la deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en utilisation le fer de la lateacuterite

nous a permis de montrer qursquoil est possible de simplifier de point de vue utilisation et coucirct le

proceacutedeacute Fenton pour les colorants syntheacutetiques drsquoeffluents industriel

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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PERSPECTIVES

En perspectives il serait inteacuteressant

De faire une eacutetude approfondi pour voir le cout du traitement du proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite

Essayer de traiter drsquoautres familles de colorants en utilisant la lateacuterite attaqueacutee par

lrsquoacide pour voir lrsquoefficaciteacute du systegraveme

Appliquer le traitement sur des effluents textiles reacuteels

Imaginer un systegraveme de traitement agrave grand eacutechelle

Essayer le traitement sur drsquoautres polluants reacutecalcitrant PCB pheacutenol pesticides

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page - 44 -

traitement des eaux et des effluents industriels Application agrave la deacutegradation des

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valleacutee Page 205

Page 7: Dégradation des effluents textiles (cas d’un colorant

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page vi

CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE 14

I- PRODUITS ET MATERIELS 14

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite) 14

2- Mateacuteriels utiliseacutes 14

II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE 18

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene 18

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible 18

3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM 19

4- Preacuteparation des solutions de fer 20

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton 21

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM 22

CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS 24

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL 24

1- Effet de pH du milieu 24

2- Effet de la concentration en BM 25

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene 26

4- Effet de la concentration du H2O2 27

5- Effet de la concentration en fer 30

II- UTILISATION DE LATERITE 32

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri) 32

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri) 33

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et Koubri) 34

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri) 35

5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer de la lateacuterite

(Dano et Koubri) 36

CONCLUSION 38

PERSPECTIVES 39

REFERENCE BIBLIOGRAPHIQUE - 40 -

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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LISTE DES FIGURES

Figure 1 Bleu de meacutethylegravene et sa structure chimique 6

Figure 2 Forme incolore du bleu de meacutethylegravene 6

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA) 9

Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI) 13

Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM 15

Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano 17

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri 17

Figure 10 Lit de lateacuterite 21

Figure 11 Attaque acide de la lateacuterite 21

Figure 12 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel 21

Figure 13 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite 22

Figure 14 Reacuteaction de pseudo ordre 1 23

Figure 15 Reacuteaction de pseudo ordre 2 23

Figure 16 Effet du pH 24

Figure 17Effet de la concentration du BM 25

Figure 18 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel 26

Figure 20 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2 28

Figure 21 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM 30

Figure 22 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le fer

industriel 31

Figure 23 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri) 33

Figure 24 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri 33

Figure 25 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri 34

Figure 26 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le fer

extrait de la lateacuterite 35

Figure 27 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel 36

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique 10

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes 14

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 16

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

17

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene 19

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm) 20

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t =

20 min) 24

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM 25

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM 26

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2 29

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence

de la variation du H2O2 29

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du

BM en fonction du rapport R 31

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite 33

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri 34

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du

BM en fonction des attaques acides (Dano et Koubri) 35

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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LISTE DES ABREVIATIONS

A Absorbance de la lumiegravere (nm)

BM Bleu de meacutethylegravene

C Concentration massique ou molaire en soluteacute (mg L-1

ou Mmol L-1

)

C0 Concentration initiale du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

CA Code Article

CCI Chambre de Commerce et drsquoIndustrie

DBO Demande Biologique en Oxygegravene

DCO Demande Chimique en Oxygegravene

ENH Electrode Normal agrave Hydrogegravene

e- Electron

Fe2+

Fer ferreux

Fe3+

Fer ferrique

H2O2 peroxyde drsquohydrogegravene

H2SO4 Acide sulfurique

HCl Acide chlorhydrique

HNO3 Acide nitrique

I Intensiteacute lumineuse traverseacutee

I0 Intensiteacute initiale lumineuse

kapp constante de vitesse apparente

LEDES Laboratoire Eau Deacutepollution Ecosystegraveme et Santeacute

mL Milli litre

min Minute

nm Nanomegravetre

MΩ Meacutega ohm

OHbull Radicaux hydroxyles

POA Proceacutedeacute drsquoOxydation Avanceacutee

V Vitesse cineacutetique de deacutegradation

UV Ultra-violet

microScm Micro-siemens par cm

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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λ Longueur drsquoonde (nm)

α Ordre partiel

τ Rendement ou taux de deacutegradation ()

td Temps de deacutecoloration (min)

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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INTRODUCTION GENERALE

Quel que soit le deacuteveloppement de la socieacuteteacute lrsquoeau reste un facteur primordial dans toutes les

couches socio-eacuteconomiques Malheureusement lrsquoeau douce disponible pour les humains et

aussi pour le reste de lrsquoeacutecosystegraveme repreacutesente moins de 1 du volume total drsquoeau sur terre et

la qualiteacute de la partie disponible et potentiellement utilisable par lrsquohomme nrsquoest que de 01

et nrsquoa cesseacute de se deacutegrader et parfois dlsquoune maniegravere irreacuteversible Selon lrsquoONG Water Aiumld 34

millions de personnes au Burkina-Faso nrsquoont pas accegraves agrave lrsquoeau potable

Lrsquoindustrie du textile est lrsquoune des industries la plus consommatrice drsquoeau (par exemple pour

teindre quelques 30 milliards de kilo de tissusan il faut consommer 4 milliards de tonnes

drsquoeauan) et geacutenegravere des rejets constitueacutes de moleacutecules organiques reacutecalcitrantes preacutesentant

geacuteneacuteralement des problegravemes de couleur de concentrations eacuteleveacutees de DBO de DCO de

matiegraveres en suspension ainsi que de toxiciteacute et de conductiviteacute eacuteleveacutees Selon la Banque

mondiale lrsquoindustrie textile est responsable de 17 agrave 20 de la pollution de leau dans le

monde En 2009 les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels La production mondiale des colorants est estimeacutee agrave plus de 800000

tonnesan (Mansour et al 2010) Drsquoapregraves la Chambre de Commerce et drsquoIndustrie du Burkina

(CCI) la quantiteacute de colorants importeacutee au Burkina-Faso est de 79 tonnes en 2012

Ces colorants dans lrsquoensemble sont toxiques de par leur composition et leurs modes

drsquoutilisation Ils sont susceptibles drsquoinduire chez lrsquoHomme des dermatoses voire des cancers

de la peau tant pour les personnes travaillant agrave la teinture des fibres textiles que via la

transpiration pour les personnes portant les vecirctements De plus les effluents non traiteacutes de ces

colorants sont responsable apregraves rejets de la deacutegradation de lrsquoenvironnement (des eaux de

surface et souterraines des sols voire de la veacutegeacutetation) Pour remeacutedier agrave tous ces impacts

neacutegatifs un traitement par deacutecoloration de ces effluents srsquoimpose avant tout rejet dans

lrsquoenvironnement

La deacutecoloration des rejets de lrsquoindustrie textile est souvent difficile car les colorants

organiques ne sont pas deacutegradeacutes par voies conventionnels En effet ces produits sont stables

aux agents oxydants aux rayonnements et reacutesistent fortement agrave la digestion aeacuterobie Pour cela

plusieurs types de traitement ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes et testeacutes notamment lrsquoosmose inverse la

preacutecipitationcoagulation des matiegraveres colorantes lrsquoadsorption sur charbon actif la filtration

membranaire (Barclay and Buckley2000) Cependant ces proceacutedeacutes classiques de traitement

ne reacutepondent pas agrave cette attente car ils sont pour la plupart non destructifs et tregraves couteux

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour reacutepondre agrave cette faille de nouveaux proceacutedeacutes ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes dont les proceacutedeacutes

drsquooxydation avanceacute (POA) qui sont des proceacutedeacutes de traitement oxydatif subdiviseacutes en quatre

groupes(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon

puisse utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et son

potentiel normal drsquooxydoreacuteduction est de 28VENH (Parsons 2004)

Le proceacutedeacute fenton un des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee est une technologie eacuteprouveacutee et

efficace pour la destruction drsquoun grand nombre de polluant organique Cette technique

consiste agrave initier des reacuteactions de deacutecomposition du peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) par des

sels meacutetalliques en vue de geacuteneacuterer des espegraveces radicalaires (OHbull HO2

bull etc) tregraves reacuteactives

Son inconveacutenient majeur est qursquoil neacutecessite une grande quantiteacute de produits chimiques en

phase homogegravene tels que le fer (Fe2+

) qui geacutenegravere un cout suppleacutementaire et conduit agrave la

geacuteneacuteration de grandes quantiteacutes de boues ou agrave la formation de deacuteriveacutes pour le traitement

Lrsquoobjectif de cet meacutemoire est drsquoeacutetudier la deacutegradation du bleu de meacutethylegravene modegravele de

colorant syntheacutetique textile par le proceacutedeacute fenton en remplaccedilant le fer industriel (Fe3+

Fe2+

)

par le fer extrait de la lateacuterite locale en vue de reacuteduire le cout des traitements des effluents

textiles Si cette expeacuterience au laboratoire donne des reacutesultats satisfaisants elle pourrait ecirctre

extrapoleacutee agrave grande eacutechelle et ecirctre une des solutions pour le traitement de rejets textiles par

des mateacuteriaux locaux en Afrique puisque la lateacuterite recouvre environ 33 de continent

africain et est tregraves abondante au Burkina-Faso

Apregraves une introduction geacuteneacuterale ce meacutemoire sera structureacute en trois (03) chapitres

Le premier chapitre sera consacreacute agrave une eacutetude bibliographique sur les colorants les

meacutethodes de traitements des effluents textiles et la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Le second chapitre abordera la partie mateacuterielles et meacutethodes Nous deacutecrirons les

protocoles expeacuterimentaux le mateacuteriel et les reacuteactifs employeacutes ainsi que les meacutethodes

expeacuterimentales utiliseacutees

Le troisiegraveme chapitre est consacreacute aux reacutesultats obtenus accompagneacutes drsquoune

discussion afin de comparer nos reacutesultats aux autres eacutetudes faites sur la deacutegradation du

bleu de meacutethylegravene (BM) par drsquoautres mateacuteriaux

Une conclusion geacuteneacuterale ainsi que quelques perspectives seront preacutesenteacutees en fin du

document

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE I REVUE BIBLIOGRAPHIQUE

I- LES COLORANTS (Caracteacuteristiques classification et toxiciteacute)

1- Historique des colorants

Depuis le deacutebut de lrsquohumaniteacute les colorants appliqueacutes dans pratiquement toutes les activiteacutes

humaines (peinture teinture du papier de la peau et des vecirctements) eacutetaient drsquoorigines naturelles

et veacutegeacutetales Ces colorants sont tous des composeacutes aromatiques qui proviennent essentiellement

des plantes tel que lrsquoalizarine et lrsquoindigo Lrsquoindustrie des colorants syntheacutetiques est neacutee en 1856

quand le chimiste anglais W H Perkin dans une tentative de synthegravese de la quinine artificielle

pour soigner la malaria a obtenu la premiegravere matiegravere colorante syntheacutetique qursquoil appela

mauve (aniline colorant basique) Apregraves la deacutecouverte de la mauve de nouveaux colorants

ont commenceacute agrave paraitre sur le marcheacute (Jaussaud 1993)

Au deacutebut du 20egraveme

siegravecle les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels Selon Mansour et al (2010) la production mondiale des colorants est

estimeacutee agrave plus de 800000 tonnesan

2- Deacutefinition des colorants

Un colorant est une substance coloreacutee qui interagit avec le milieu dans lequel elle est introduite

et le colore en srsquoy dissolvant etou dispersant lui confeacuterant la proprieacuteteacute de teindre Cette

proprieacuteteacute reacutesulte drsquoune affiniteacute particuliegravere entre le colorant et la fibre Selon le type

drsquoapplication et drsquoutilisation les colorants syntheacutetiques doivent reacutepondre agrave un certain nombre

de critegraveres afin de prolonger la dureacutee de vie des produits coloreacutes sur lesquels ils sont appliqueacutes

Ces critegraveres sont la reacutesistance agrave lrsquoabrasion la stabiliteacute photolytique des couleurs la reacutesistance

agrave lrsquooxydation chimique (notamment les deacutetergents) et aux attaques microbiennes(Pagga and

Brown 1986) et (Zawlotzki Guivarch 2004)

3- Classification des colorants syntheacutetiques

Les matiegraveres colorantes se caracteacuterisent par leur capaciteacute agrave absorber les rayonnements lumineux

dans le spectre visible (de 380 agrave 750 nm) La transformation de la lumiegravere blanche en lumiegravere

coloreacutee par reacuteflexion sur un corps ou par transmission ou diffusion reacutesulte de labsorption

seacutelective deacutenergie par certains groupes datomes appeleacutes chromophores la moleacutecule colorante

eacutetant le chromogegravene Dautres groupes datomes du chromogegravene peuvent intensifier ou changer

la couleur due au chromophore ce sont les groupes auxochromes (Barka 2008)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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4- Les colorants aziniques (thiazines)

Les colorants thiazines sont analogues aux colorants oxazines sauf que lrsquoatome de soufre

remplace lrsquoatome drsquooxygegravene dans lrsquoanneau heacuteteacuterocyclique Ces colorants ont un noyau

phenazonium comme chromophore avec des groupes amineacutes en para par rapport au soufre

comme auxochrome Ils ont un intervalle de couleur du vert au bleu et ils sont stables agrave la

lumiegravere Ils sont utiliseacutes dans le domaine du textile meacutedecine pharmacie et biologie

Seulement cinq colorants thiazines sont connus et toujours fabriqueacutes azure A azure B azure C

thionine et bleu de meacutethylegravene

Le colorant thiazine le plus important est le bleu de meacutethylegravene deacutecouvert par Caro en 1876

Colorants doxazines Colorants thiazines

Oxazines

Thiazine

5- Toxiciteacute des colorants

La prise de conscience quant agrave la dangerositeacute de certains colorants a commenceacute vers 1890 ougrave

lrsquoon surveillait essentiellement les teneurs en cuivre en arsenic et en plomb dans les colorants

syntheacutetiques ou mineacuteraux Cependant bien que des toxicologues aient auparavant mis en

eacutevidence chez les animaux le risque de cancer lieacute agrave lrsquoingestion de certains colorants azoiumlques

rouges ce nrsquoest qursquoapregraves la deuxiegraveme (2egraveme

) guerre mondiale que des seacuterieux tests biologiques

ont abouti agrave la remise en cause de la plupart des colorants utiliseacutes Une reacuteglementation plus

exigeante a eacuteteacute instaureacutee en 1960 concernant le test de toxicologique des colorants mis sur le

marcheacute Pour le cas du Burkina-Faso il yrsquoa un deacutecret ndeg2001-185 (article 12) portant

interdiction de rejet dans lrsquoenvironnement de certaines substances canceacuterigegravenes dans

lrsquoenvironnement

6- Proprieacuteteacutes physico-chimiques du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene colorant azinique (thiazine) de la famille basique ou cationique aussi

appeleacute chlorure de bis-(dimethylamino)- 37 phenazathionium est soluble dans lrsquoeau (50 g L-1

) et

moins soluble dans lrsquoalcool (10 g L-1

) Sa formule chimique est C16H18ClN3S une masse molaire

de 319852 g mol-1

se preacutesente sous forme drsquoune poudre cristalline drsquoun bleu fonceacute est un deacuteriveacute

azoteacute (Fig1)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 1 Bleu de meacutethylegravene et sa structure chimique

Il est couramment utiliseacute comme modegravele de contaminant organique en raison de sa structure

moleacuteculaire stable Dans la reacuteaction de reacuteduction le BM se transforme en leuco meacutethylegravene

incolore due agrave la perte du doublet libre de lrsquoazote et introduction drsquoun atome drsquohydrogegravene

Le BM sous sa forme incolore est

(Eq 1)

bleu de meacutethylegravene chlorure de meacutethylthioninium

S

N

N NCl-

hydroxyde de meacutethylthioninium

S

N

N N HO

Figure 2 Forme incolore du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene est le colorant le plus couramment utiliseacute dans la teinture du coton du bois

et de la soie Il peut provoquer des brucirclures oculaires responsables de blessures permanentes aux

yeux de lrsquohomme et des animaux Son inhalation peut donner lieu agrave des difficulteacutes respiratoires

entrainer des cas drsquoaneacutemie apregraves une absorption prolongeacutee et son ingestion par la bouche produit

une sensation de brucirclure provoque des nauseacutees des vomissements transpiration et sueurs

froides abondantes (Ghosh and Bhattacharyya 2002) Il est aussi est toxique pour les algues et

les petits crustaceacutes agrave partir des concentrations de 01 mg L-1

et 2 mg L-1

respectivement (Ounissa

1996 Meink et al 1997)

Le traitement des rejets industriels contenant ce type de colorant srsquoavegravere drsquoun grand inteacuterecirct

II- TRAITEMENT DES REJETS TEXTILES

1- Geacuteneacuteraliteacutes sur les meacutethodes de traitements

Le traitement des rejets textiles compte tenu de leur heacuteteacuterogeacuteneacuteiteacute de composition conduira

toujours agrave la conception drsquoune chaine de traitement assurant lrsquoeacutelimination des diffeacuterents

polluants par des eacutetapes successives La premiegravere eacutetape consiste agrave eacuteliminer la pollution par

lrsquointermeacutediaire de preacutetraitement (deacutegrillage dessablage deacuteshuilage etc) etou de traitement

physique ou physico-chimique assurant une seacuteparation solide-liquide Drsquoapregraves Barclay and

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page 7

Buckley (2000) les techniques de deacutepollution intervenant le plus courant en deuxiegraveme eacutetape

dans les industries se divisent en trois cateacutegories

1- Biologique

Traitement aeacuterobie

Traitement anaeacuterobie

2- Physique

Meacutethode de preacutecipitation (coagulation floculation seacutedimentation)

Adsorption (sur charbon actif)

Osmose inverse filtration sur membrane

3- Chimique

Oxydation (oxygegravene ozone oxydants tels que le H2O2 NaOCl)

Reacuteduction (Na2S2O2)

Meacutethode de complexomeacutetrique

Reacutesine eacutechangeuse drsquoions

A- Meacutethodes biologiques

Lrsquoavanceacutee technologique a permis la conception des systegravemes de traitement biologique

perfectionneacutes en se basant sur lrsquoautoeacutepuration naturelle des eaux Ces proceacutedeacutes biologiques se

font selon deux modes traitements en aeacuterobie (en preacutesence de lrsquooxygegravene) et traitement en

anaeacuterobie (les microorganismes deacutegradent la matiegravere organique en absence de lrsquooxygegravene)

Les proceacutedeacutes drsquoeacutepuration par voie biologique sont baseacutes sur la transformation microbienne des

colorants La plupart des colorants azoiumlques sont tregraves stables et non biodeacutegradables Beaucoup

drsquoeacutetudes ont deacutemontreacute la biodeacutegradation partielle ou complegravete de certains colorants par voie

biologiques (Adnosinda et al 2003) et (Lopez et al 2004) Mecircme si ces techniques sont

adapteacutees agrave un nombre de polluants organiques elles ne sont pas toujours applicables sur les

effluents textiles industriels en raison de fortes concentrations de polluants de leur toxiciteacute qui

entrainent la destruction des microorganismes ou des boues biologiques agrave traiter

B- Meacutethodes physiques

Lorsque les eaux useacutees ne se precirctent pas agrave une deacutepollution par voie biologique (effluent peu ou

pas biodeacutegradable tempeacuterature trop faible valeurs extrecircmes de pH preacutesence de toxiques)

des proceacutedeacutes physico-chimiques classiques permettent de compenser soit en se substituant

totalement agrave lrsquoeacutepuration par voie biologique soit en traitement compleacutementaire On peut citer

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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par exemple la coagulation-floculation suivie drsquoune deacutecantation (clarification) lrsquoadsorption sur

charbon actif lrsquoeacutechange drsquoions ou la filtration membranaire

B1- Coagulation-floculation

Sous le terme de coagulationndashfloculation on entend tous les processus physico-chimiques par

lesquels des particules colloiumldales ou des solides en fine suspension sont transformeacutes par des

floculants chimiques en espegraveces plus visibles et seacuteparables (les flocs) Les flocs formeacutes sont

ensuite seacutepareacutes par deacutecantation et filtration puis eacutevacueacutes Les coagulants inorganiques tels que

lrsquoalun (Al2(SO4)314H2O) donnent les reacutesultats plus que satisfaisants pour la deacutecoloration des

effluents textiles contenant des colorants disperseacutes de cuve et soufreacutes mais sont totalement

inefficaces pour les colorants azoiumlques acides et basiques (Barclay and Buckley 2000) et

(Vendevivere et al 1998) Par ailleurs la coagulationndashfloculation ne peut ecirctre utiliseacutee pour les

colorants fortement solubles dans lrsquoeau comme le cas du BM

Le principal deacutesavantage de cette technique est qursquoelle geacutenegravere une importante quantiteacute de boue

entrainant des investissements suppleacutementaires

B2- Filtration membranaire

Dans ce proceacutedeacute les polluants sont retenus par une membrane semi permeacuteable dont le diamegravetre

des pores est infeacuterieur agrave celui des moleacutecules agrave eacuteliminer Cette technique est largement utiliseacutee

dans le domaine de lrsquoeau potable et le dessalement La filtration sur membrane sous lrsquoeffet

drsquoune pression hydraulique se deacutecline en microfiltration lrsquoultrafiltration la nano filtration et

lrsquoosmose inverse Parmi les quatre types de proceacutedeacutes la nano filtration et lrsquoosmose inverse sont

les plus adapteacutes agrave la reacuteduction partielle de la couleur et des petites moleacutecules organiques

(Taylor and Jacobs 1996) (Calobro et al 1990) En effet la nano filtration srsquoapplique surtout

au traitement des bains de teinture de colorants reacuteactifs en agissant comme un filtre moleacuteculaire

tandis que la microfiltration retient les mateacuteriaux colloiumldaux tels que les colorants disperseacutes ou

de cuve gracircce agrave une laquomembrane eacutecranraquo (Van der Bruggen et al 2003) Lrsquoultrafiltration ne

srsquoapplique qursquoagrave la reacuteduction de DCO et des solides en suspension (Anselme and Jacobs 1996)

et nrsquoest reacuteellement efficace qursquoen combinaison avec la coagulationfloculation

B3- Adsorption sur charbon actif et autres mateacuteriaux

Le polluant est transfeacutereacute de la phase liquide vers la phase solide lors de lrsquoadsorption Le

charbon actif eacutetant consideacutereacute comme lrsquoadsorbant le plus efficace pour la reacuteduction de la

couleur est limiteacute pour lrsquoeacutelimination de certains colorants Seuls les cationiques colorant agrave

mordant disperseacutes ou dits de cuve sont eacutelimineacutes par cette technique (Raghavacharya 1997)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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C- Meacutethodes chimique

Les techniques drsquooxydation chimiques sont geacuteneacuteralement appliqueacutees quand les proceacutedeacutes

biologiques sont inefficaces Elles peuvent ecirctre ainsi utiliseacutees pour les proceacutedeacutes biologiques en

eacutetapes de preacutetraitement afin de diminuer la charge polluante Lrsquooxydation chimique est

eacutegalement appliqueacutee pour le traitement des organiques dangereux preacutesents en faibles

concentrations et des effluents chargeacutes de constituants reacutesistants aux meacutethodes de

biodeacutegradation Le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) le Cl2 et O3 sont les reacuteactifs les plus souvent

utiliseacutes pour ce type de traitement Le H2O2 est un oxydant moyennement fort et son application

pour le traitement des polluants organiques et inorganiques est bien eacutetablie (Neyens et al

2003) Mais lrsquooxydation par H2O2 nrsquoest pas suffisamment efficace pour de fortes concentrations

en colorant Hamada et al (1998) ont proposeacute de traiter les colorants azoiumlques par hypochlorure

de sodium Cependant si la moleacutecule initiale est deacutetruite les halogegravenes sont susceptibles de

former des trihalomeacutethanes comme sous-produits de deacutegradation lesquels sont canceacuterigegravenes

pour lrsquoHomme

Drsquoougrave la neacutecessiteacute drsquoutiliser des produits drsquooxydation encore plus performant comme les

proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutes (POA)

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation

Avanceacutee (POA)

Lrsquoindustrialisation intensive qui a vu le jour au cours du dernier siegravecle a causeacute lrsquoapparition dans

lrsquoenvironnement de polluants eacutemergents reacutefractaires qui sont reconnus canceacuterigegravenes et

mutagegravenes Dans lrsquooptique de limiter la pollution de lrsquoenvironnement des strateacutegies de

traitement efficaces et eacutecologiques ont eacuteteacute deacuteveloppeacutees Parmi ces strateacutegies se trouve

lrsquoapplication des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee (POA) Figure 3

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Il srsquoagit de proceacutedeacutes de traitement oxydatif qui peuvent ecirctre subdiviseacutes en quatre groupes

(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse

utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et reacutepondent aux

critegraveres suivant (Suty et al 2003)

Ne pas induire de pollution secondaire

Non toxique

Non corrosif pour les eacutequipements

Etre le plus rentable possible

Etre relativement le plus simple agrave manipuler

Les OHbull sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse utiliser dans le domaine des

eaux et des effluents industriels avec une vitesse drsquooxydation (109

fois plus eacuteleveacutee) agrave celle de

lrsquoozone et son potentiel drsquooxydation est de 28 VENH (Parsons 2004) Tableau 1

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique

Oxydant Pouvoir oxydant Edeg (VENH)

OHbull 280

Oo 242

O3 207

H2O2 (milieu acide) 178

Cl2 136

O2 123

Plusieurs secteurs ont utiliseacutes ces proceacutedeacutes pour traiter leurs eaux par exemple Parsons (2004)

lrsquoa utiliseacute pour le traitement des eaux de surface et souterraines Martinez-Huitle and Ferro

(2006) lrsquoont utiliseacute pour le traitement des eaux industrielles Hayet (2011) lrsquoa testeacute dans

lrsquoeacutelimination du 4- chloropheacutenol Hsing et al (2007) et Wu and Chang (2006) ont lrsquoutiliseacute pour

deacutecolorer les eaux des industries textiles Bouafia (2010) a utiliseacute le proceacutedeacute drsquooxydation

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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avanceacutee baseacutee sur le reacuteactif de fenton pour deacutegrader les colorants textiles Derradji (2012) a

coupleacute le POA avec un traitement biologique pour le traitement des eaux useacutees industrielles

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

)

Fenton avait deacutecrivit agrave la fin du XIX egraveme

siegravecle que le fer ferreux (Fe2+

) favorisait fortement

lrsquooxydation de lrsquoacide maleacuteique par le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) en milieu acide (Fenton

1894) Des travaux ulteacuterieurs ont montreacute que la combinaison de H2O2 et de Fe2+

nommeacute

laquo Reacuteactif de Fenton raquo eacutetant un oxydant efficace pour une grande varieacuteteacute de substrats

organiques notamment les pheacutenols les pesticides les aromatiques polycycliques et des

colorants en particulier les azoiumlques (Spadaro et al 1994 Benitez et al 2001 De Heredia et

al 2001) Quarante (40) ans plus tard Haber and Weiss (1934) identifiaient le radical

Hydroxyl comme eacutetant lrsquoespegravece oxydante de la reacuteaction preacutesenteacutee ci-dessous et communeacutement

appeleacutee reacuteaction de Fenton

(Eq2)

Le fer ferrique geacuteneacutereacute peut ensuite reacuteagir avec le peroxyde drsquohydrogegravene pour redonner le fer

ferreux

(Eq3)

La vitesse de deacutecomposition de H2O2 par le Fer II augmente lorsque le pH augmente (le 5) car

dans cette gamme de pH la forme preacutedominante Fe(OH) 2+

est beaucoup plus reacuteactive que lrsquoion

Fe2+

(Kuo 1992)

Lrsquoeacutetude de la deacutepollution des effluents textiles coloreacutes par le proceacutedeacute Fenton (systegraveme H2O2

Fe2+

) a eacuteteacute reacuteveacuteleacutee tregraves efficace et plusieurs eacutetudes ont montreacute que le taux de mineacuteralisation des

colorants syntheacutetiques augmente avec lrsquoaugmentation des doses des reacuteactifs et du temps de

reacuteaction Le rapport des reacuteactifs R =

et le rapport

joue aussi un rocircle important

dans la vitesse de deacutegradation de colorants de deacutepart et sur le taux de mineacuteralisation (Kuo

1992)

Le proceacutedeacute Fenton possegravede trois (03) caracteacuteristiques attractives pour le traitement des

composeacutes organiques (Redha 2011)

Les radicaux hydroxyles OHbull produits reacuteagissent tregraves rapidement (10

9 fois plus reacuteactif

que le O3)

Les reacuteactifs sont simples agrave manipuler et sans danger pour lrsquoenvironnement

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Les produits finaux de deacutegradation (H2O CO2 ions mineacuteraux et hydroxydes ferriques)

nrsquointroduisent pas une pollution suppleacutementaire

Le proceacutedeacute de Fenton est composeacute geacuteneacuteralement de quatre eacutetapes principales ajustement du

pH oxydation neutralisation et coagulationpreacutecipitation Pour lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute la

reacuteaction de fenton ne peut se produire qursquoagrave un pH voisin ou eacutegal agrave 3 ce qui reacutesulte un ajout des

solutions acides Au-delagrave des valeurs de pH comprises entre 3 et 4 le fer (Fe2+

ou Fe3+

) est

susceptible de preacutecipiter et former des hydroxydes de fer induisant ainsi une faible activiteacute

catalytique Le milieu doit ecirctre approvisionneacute drsquoune maniegravere continue Ce qui peut alourdir les

couts de traitement

Le proceacutedeacute Fenton est consideacutereacute aujourdrsquohui comme le proceacutedeacute dont sa mise en œuvre est facile

et plus utiliseacute dans le monde pour le traitement drsquoeffluents industriels textiles mais le proceacutedeacute

est limiteacute par le manque de geacuteneacuteration du catalyseur qui neacutecessite geacuteneacuteralement un apport

constat en reacuteactif et qui contraint de ce fait agrave lrsquoapprovisionner en continu le milieu en peroxyde

drsquohydrogegravene (H2O2) tregraves couteux

III- LA LATERITE

Le Burkina-Faso est un pays de lrsquoAfrique occidentale avec une superficie de 274 000 kmsup2 et le

recouvrement lateacuteritique est un caractegravere dominant des paysages peacuteneacuteplaines ou tabulaires qui

caracteacuterisent sa plus grande partie Les lateacuterites se preacutesentent sous forme de plateaux eacutetendus

buttes teacutemoins cuirasses indureacutes etc Lrsquoeacutepaisseur de ces lateacuterites varie selon la nature des

formations sur lesquelles elles se reposent

La lateacuterite (du latin later brique) est une roche rouge ou brun qui se forme par alteacuteration des

roches sous les climats tropicaux Elle est constitueacutee du fer (Limonite ferrihydrite geothite

heacutematite) drsquoaluminium (Gibbsite cliachite boehmite) de titane de manganegravese et de

silicium On la trouve surtout en domaine intertropical et recouvre 33 des continents

Pour lrsquoeacutetude de la deacutegradation du colorant BM nous avons utiliseacute deux types de lateacuterite

provenant lrsquoune de la reacutegion de Koubri dans le Centre et contenant 314 de fer et lrsquoautre dans

la reacutegion Sud-Ouest du Burkina-Faso contenant 447 pour le traitement (Figure 4) Ces

lateacuterites ont eacuteteacute caracteacuteriseacutees au Laboratoire CRISMAT (Centre National de Recherche et de

Technologie Mateacuteriaux ENSI Caen) en France

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI)

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE

Lrsquoutilisation des substances organiques dans lrsquoindustrie sans traitement est la deacutegradation de la

qualiteacute des eaux qui se reacutepercute sur la santeacute de lrsquoecirctre humain Dans ce chapitre nous allons voir

les produits et mateacuteriels ainsi que la meacutethodologie expeacuterimentale utiliseacutes pour la deacutegradation du

colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute Fenton en phase homogegravene en utilisant le fer

industriel puis le fer extrait de la lateacuterite

Nous preacutesentons en premier lieu la technique du dosage du BM et les reacuteactifs utiliseacutes pour la

deacutegradation de notre colorant Nous eacutevoquons les techniques de caracteacuterisation de la lateacuterite par

diffraction des rayons X et analyse quantitative

I- PRODUITS ET MATERIELS

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite)

Pour lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite nous avons utiliseacute

certains reacuteactifs qui sont illustreacutes dans le tableau 2

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes

Produits Fournisseur Qualiteacute

Bleu de meacutethylegravene Fluka 96

Peroxyde drsquohydrogegravene

(H2O2)

Preacutepareacute par

Laboratoires Gilbert (CA 655-

301-3)

9

Acide sulfurique (H2SO4) Sigma-Aldrich (CA 7664-93-9) 95-97

Sulfate ferreux (FeSO4

7H2O

Fluka Chemika (CA44990) 98

Hydroxyde de Sodium

NaOH

Sigma Aldrich 32

Eau ultra-pure ou Milli-Q Polisseur drsquoeau du LEDES 0055 microScm ou 183

2- Mateacuteriels utiliseacutes

Les mateacuteriels utiliseacutes pour les suivis cineacutetiques de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite sont la spectrophotomeacutetrie DR 5000 la lateacuterite et les trois types drsquoacides

lrsquoacide sulfurique lrsquoacide chlorhydrique lrsquoacide nitrique pour lrsquoextraction du fer de la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM

Les eacutechantillons de lateacuterites utiliseacutees lors de ce travail ont eacuteteacute caracteacuteriseacutes au Laboratoire

CRISMAT (Centre National de Recherche Technologique Mateacuteriaux ENSI Caen) en France Ils

proviennent de deux reacutegions du Burkina-Faso (Dano et Koubri) contiennent respectivement 44

7 et 314 de fer et ont eacuteteacute obtenus par les analyses en diffraction des rayons X (DRX) et en

microscopie eacutelectronique agrave balayage (MEB)

Le principe de lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS

Lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS est une analyse quantitative en des points ou zones speacutecifiques dun

eacutechantillon en utilisant la spectromeacutetrie agrave seacutelection deacutenergie (EDS)

Son principe est que par lintermeacutediaire dun canon agrave eacutelectrons un faisceau deacutelectrons est envoyeacute

sur leacutechantillon En contact avec la matiegravere ces eacutelectrons interagissent de diffeacuterentes faccedilons

Le MEB-EDS du laboratoire va permettre dexploiter trois informations distinctes dont deux qui

vont ecirctre traduites en images

-Une image en eacutelectrons secondaires (SE) qui naicirct dune interaction entre les eacutelectrons du

faisceau et les eacutelectrons des couches eacutelectroniques de latome et qui nous donnera une

information topographique de leacutechantillon

- Une image en eacutelectrons reacutetrodiffuseacutes (BSE) qui reacutesulte de linteraction entre les eacutelectrons du

faisceau le noyau et le nuage eacutelectronique de latome et qui permettra de creacuteer une image par

contraste chimique

- Une troisiegraveme information que lon obtient est une analyse eacuteleacutementaire le microscope

eacutelectronique agrave balayage eacutetant coupleacute agrave un deacutetecteur de rayons X agrave dispersion deacutenergie

Le principe de lrsquoanalyse par Diffraction Rayon X (DRX)

La diffraction des rayons X est une technique danalyse fondeacutee comme son nom lrsquoindique sur la

diffraction des rayons X sur la matiegravere La diffraction des rayons X est un pheacutenomegravene

dinterfeacuterence constructive qui se produit quand un faisceau de rayons X (onde

eacutelectromagneacutetique) peacutenegravetre dans un cristal (empilement peacuteriodique datomes) Il peut donc

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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apparaitre quand on place un monocristal un poly-cristal ou une poudre devant une source de

rayons X Lemplacement des faisceaux diffracteacutes nous informe sur la peacuteriodiciteacute du (des) cristal

tandis que lintensiteacute de ces faisceaux nous informe sur la nature et la position des atomes

contenus dans le cristal La position des intensiteacutes diffracteacutees nous renseignera sur la taille de la

maille tandis que lintensiteacute nous permettra de calculer la position des atomes dans la maille

ainsi que leur nature Les proprieacuteteacutes chimiques ou physiques dun mateacuteriau deacutependent de la

position et la nature des atomes du cristal

Les caracteacuteristiques du diffractomegravetre des eacutechantillons de la poudre de lateacuterite analyseacutee sur un

diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 eacutequipeacute drsquoun monochromateur avant et drsquoun deacutetecteur Lynx-

Eye sont rassembleacutees dans le tableau et figures ci-dessous

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Position initiale [deg2Th] 10 0050

Position finale [deg2Th] 99 9910

Taille [deg2Th] 00110

Temps drsquoeacutetape de balayage [s] 1170

Fente de divergence Fixed

Fente de divergence [mm] 2

Tempeacuterature de mesure [degC] 21

Mateacuteriel drsquoanode Cu

K Alpha 1 [Aring] 154060

Geacuteneacuterateur 40 mA 40 kV

Monochromateur de rayon incident Oui

Rotation Non

Ouverture de deacutetecteur [deg] 35

Deacutetecteur de discrimination LL [V] 017

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Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri

Les diffeacuterentes phases des eacutechantillons de lateacuterites par lrsquoanalyse en diffraction RX sont

reacutecapituleacutees sur ce tableau

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

Phase Koubri Dano

-massique -massique

Phase majoritaire Kaolinite 333 36

Quartz 326 161

Deuxiegraveme sous-ensemble de phase Goethite FeO(OH) 211 352

Heacutematite Fe2O3 73 63

Ferrite

(fer-alpha)

3 32

Phase anatase TiO2 27

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II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene

La solution megravere du BM de concentration 1 g L-1

a eacuteteacute preacutepareacutee en mettant les cristaux dans un

litre drsquoeau distilleacutee Les solutions standard pour lrsquoeacutetablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage ont

eacuteteacute obtenues par des dilutions successives jusqursquoaux concentrations deacutesireacutees

Le suivi de lrsquoeacutevolution de la concentration du BM au cours du temps est fait par

spectrophotomeacutetrie UVVisible

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible

La spectrophotomeacutetrie est une technique analytique quantitative qui consiste agrave mesurer

lrsquoabsorbance ou la densiteacute optique drsquoune substance chimique donneacutee en solution La meacutethode

repose sur la loi de Beer-Lambert qui eacutenonce

Lorsqursquoune substance absorbe de la lumiegravere dans le domaine de lrsquoultra-violet et du

visible lrsquoeacutenergie absorbeacutee provoque des perturbations dans la structure eacutelectronique des

atomes ions ou moleacutecules Un ou plusieurs eacutelectrons utilisent cette eacutenergie pour sauter

drsquoun niveau de basse eacutenergie agrave un niveau de plus haute eacutenergie Ces transitions

eacutelectroniques se font dans le domaine de 350 agrave 800nm pour le visible et entre 200 agrave 350

nm pour lrsquoultra-violet

Un milieu homogegravene traverseacute par la lumiegravere absorbe une partie de celle-ci les

diffeacuterentes radiations constituant le faisceau incident sont diffeacuteremment absorbeacutees

suivant leur longueur drsquoonde et les radiations transmisses sont alors caracteacuteristiques du

milieu

Soit un rayon lumineux monochromatique de longueur drsquoonde λ traversant un milieu

homogegravene drsquoeacutepaisseur l Le taux de deacutecroissance de lrsquointensiteacute lumineuse en fonction de

lrsquoeacutepaisseur du milieu absorbant est donneacute par la loi de Lambert

A= log (

) (Eq4)

Avec

I0 intensiteacute initiale de la lumiegravere traverseacutee

I intensiteacute de la lumiegravere transmise

A absorbance

La spectrophotomeacutetrie UVVisible permet de suivre la deacutecoloration des solutions gracircce aux

absorbances qui eacutevoluent en fonction du temps de traitement Elle permet eacutegalement de suivre

lrsquoeacutevolution des ions gracircce agrave leurs diffeacuterents dosages

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM

a- Deacutetermination des longueurs drsquoondes drsquoabsorption maximale

Le spectre drsquoabsorbance du BM a eacuteteacute balayeacute entre 200 et 800 nm afin de suivre quantitativement

sa concentration Les pics de notre colorant sont obtenus agrave 661nm et 291nm (fig 8) Les

diffeacuterentes absorbances ont eacuteteacute deacutetermineacutees et une courbe deacutetalonnage a eacuteteacute traceacutee en utilisant

des solutions standard variant de 0 agrave 8 mg L-1

pour les deux longueurs drsquoondes

Figure 8 Spectre du Bleu de meacutethylegravene

b- Etablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage du BM

La concentration [Fx] des solutions eacutetalon varie de 1 agrave 8 mg L-1

Les volumes agrave preacutelever sont

calculeacutes en appliquant lrsquoeacutequation suivante

(Eq5)

Avec [Fx] - Concentration de lrsquoeacutetalon

Vx - Volume drsquoeacutetalon agrave preacuteparer

[M] - Concentration de la solution megravere

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene

Solution Zero 1 2 3 4 5

Concentration [mgL-1] 0 2 3 4 6 8

Volume neacutecessaire [mL] 0 02 03 04 06 08

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour tracer la courbe drsquoeacutetalonnage nous avons introduit les diffeacuterents volumes dans des fioles de

100 mL ensuite nous avons compleacuteteacute agrave lrsquoeau distilleacutee jusqursquoau trait de jauge On a mis la

spectrophotomeacutetrie en marche et proceacutedeacute agrave la lecture du blanc puis successivement des solutions

eacutetalons

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm)

Solution 0 1 2 3 4 5

Con (mg L-1

) 0 2 3 4 6 8

Absorbance (nm) pour λ = 661 0 085 13 18 23 3

Absorbance (nm) pour λ = 291 0 04 06 09 12 17

Figure 9 Courbe deacutetalonnage (λmax = 661 nm et λmax = 291 nm) variation de labsorbance en

fonction de la concentration du BM

4- Preacuteparation des solutions de fer

a- Solution de fer industriel

Le reacuteactif utiliseacute est le sulfate ferreux ou sulfate de fer (II) drsquoune poudre blanchacirctre agrave lrsquoeacutetat

anhydre dont la formule est FeSO4 7H2O Pour la preacuteparation du Fe2+

de concentration 3 g L-1

nous avons verseacute 3 g du sulfate ferreux anhydre dans une fiole de 1 L contenant 500 mL drsquoeau

milli-Q puis ajouter une (1) goutte drsquoacide sulfurique (H2SO4) concentreacute agrave 98 dans la fiole et

laisser agiter pendant 30 secondes Apregraves compleacuteter jusqursquoau trait de jauge et placer sous

agitation durant 1 h jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune solution de couleur rouge brique

b- Solution de fer de la lateacuterite

Pour la deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite les solutions de la lateacuterite

ont eacuteteacute preacutepareacutees de la maniegravere suivante

Pour le lit de lateacuterite nous avons preacuteleveacute

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

Compleacuteter drsquoeau milli-Q (eau ultra pure) jusqursquoau trait de jauge

y = 03938x

Rsup2 = 09869

0

05

1

15

2

25

3

35

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

661nm

y = 02094x

Rsup2 = 09972

0

02

04

06

08

1

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

291 nm

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Ajuster par la suite le pH de la solution agrave 3 avec lrsquoacide sulfurique (concentreacute agrave

95-97)

Figure 8 Lit de lateacuterite

Pour la lateacuterite attaqueacute par de lrsquoacide concentreacute pour lrsquoextraction du Fer

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

30 m L drsquoacide (HClHNO3H2SO4)

Ajouter avec prudence 20 mL drsquoeau milli-Q pour avoir 50 mL de solution

Preacutelever le surnageant pour le traitement du bleu de meacutethylegravene

Figure 9 Attaque acide de la lateacuterite

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton

Lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM srsquoest faite par trois diffeacuterentes eacutetapes

Une solution du BM est soumise agrave un traitement par proceacutedeacute Fenton en utilisant du H2O2

et le fer industriel (Fe2+

) ajustement du pH agrave 3 (Fig12)

Figure 10 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour la deacutegradation du BM en utilisant la lateacuterite deux eacutetapes ont eacuteteacute imageacutes lrsquoune par

un lit de lateacuterite et lrsquoautre par la lateacuterite attaqueacutee par trois types drsquoacides (Fig13)

Figure 11 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM

Nous avons deacutetermineacute la cineacutetique de deacutecoloration agrave partir des valeurs des absorbances trouveacutees

agrave 661nm La deacutetermination de la constante de vitesse kapp permet de donner un ordre de

grandeur de la vitesse Expeacuterimentalement on peut montrer que la vitesse de reacuteaction bilan du

BM srsquoeacutecrit de la maniegravere suivante

Bleu de meacutethylegravene + OHbull rarr sous-produit du bleu de meacutethylegravene (Eq6)

Pour la cineacutetique drsquoordre 1

V = -

= kapp (Eq7) reacuteaction de pseudo ordre un laquo1 raquo

Avec

V vitesse de deacutegradation catalytique (mg L-1

h-1

)

kapp constante apparente de deacutegradation (min ou h-1

)

[BM] concentration du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

t temps de reacuteaction (h)

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

Ln (

) = kapp t (Eq8)

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 12 Reacuteaction de pseudo ordre 1

Pour la cineacutetique drsquoordre 2

V = -

= kapp (Eq9) reacuteaction de pseudo ordre un laquo2 raquo

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

int

= - int

(Eq10)

(Eq11)

Figure 13 Reacuteaction de pseudo ordre 2

Pour le calcul des rendements ou taux drsquoabattement (τ) agrave lrsquoissu des eacutetudes cineacutetiques de

deacutegradation du BM nous avons utiliseacute cette formule ci-dessous

τ =

(Eq12)

Rsup2 = 09863

-070

-060

-050

-040

-030

-020

-010

000

0 2 4 6 8

ln (C

Co)

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 1

Rsup2 = 09499

0

0005

001

0015

002

0025

003

0 2 4 6 8

1C

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 2

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL

Tous les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes agrave tempeacuterature ambiante (25degC) Les concentrations du bleu de

meacutethylegravene choisies pour lrsquoexpeacuterience sont 10 et 40 mg L-1

1- Effet de pH du milieu

Etant donneacute que le proceacutedeacute Fenton est baseacute sur lrsquoeffet catalytique du Fer et plus preacuteciseacutement

du Fe2+

il nous est paru neacutecessaire de commencer lrsquoeacutetude par la deacutetermination du pH

optimale pour le proceacutedeacute Lrsquoajustement du pH du milieu srsquoeffectue agrave lrsquoaide drsquoune solution

drsquoacide sulfurique Ce choix est justifieacute par lrsquoexistence deacutejagrave au sein de la solution des ions

2-

suite agrave lrsquoaddition du Fe2+

sous la forme de FeSO4 7H2O

Les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes avec une concentration en BM de 20 mg L-1

un rapport R = 15

correspondant agrave des concentrations de 6 et 040 mg L-1

en H2O2 et Fe2+

respectivement et

pour des valeurs de pH variant entre 3 et 5 Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacute sur figure 16

Figure 14 Effet du pH

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t = 20

min)

pH Rendement ()

3 96

35 5245

4 6156

5 5509

000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 5 10 15 20

[BM

] m

gL

ˉˡ

temps de deacutegradation (mn)

pH = 3

pH = 35

pH = 4

pH = 5

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Drsquoapregraves le tableau preacutecegravedent nous observons que le pH favorable pour la deacutegradation du BM

par le proceacutedeacute Fenton est pH = 3 avec un taux de deacutegradation de 96 au bout de 20 min

De nombreux travaux sur les proceacutedeacutes Fenton ont montreacute que le pH 3 semble ecirctre la meilleure

valeur pour une deacutegradation optimale des polluants organique ((Tang and Huang 1996 Kuo

and Lo 1999) Pour la suite du travail nous adopterons deacutesormais cette valeur de pH

2- Effet de la concentration en BM

Nous avons traiteacute agrave un pH = 3 et agrave 25degC deux solutions du BM de concentration diffeacuterentes

(10 mg L-1

et 40 mg L-1

) en fixant les concentrations de Fe2+

agrave 134 mg L-1

et celle du H2O2 agrave

6 mg L-1

(figure 17)

Figure 15Effet de la concentration du BM

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM

[BM] mg L-1

Rendement () Temps de

deacutecoloration (min)

10 9738 8

40 9565 14

Nous avons constateacute que la concentration du BM de concentration 10 mg L-1

srsquoest deacutegradeacutee

rapidement et complegravetement avec un temps de deacutecoloration (td) de 8 min tandis que celle de

40 mg L-1

est plus lente avec un td de 14 min Donc plus la solution est concentreacutee plus le

temps de deacutegradation est important

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La cineacutetique de deacutecoloration du colorant BM de concentrations respectives de 10 et

40 mg L-1

obeacuteit agrave la loi cineacutetique de pseudo premier

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM

Solution kapp

BM = 10 mg L-1

028

BM = 40 mg L-1

010

La deacutetermination de la constante apparente de vitesse montre eacutegalement que cette derniegravere

varie en fonction de la concentration en BM En effet la valeur de kapp est deux fois plus

supeacuterieure pour une concentration en BM de 10 mg L-1

que pour celle de 40 mg L-1

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene

Figure 16 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel

Une solution du bleu de meacutethylegravene de concentration 40 mg L-1

est soumise agrave un traitement par

proceacutedeacute Fenton en utilisant 6 mg L-1

de H2O2 et le fer industriel agrave une concentration de 134

mg L-1

Des preacutelegravevements ont eacuteteacute effectueacutes agrave des intervalles reacuteguliers de temps afin de suivre

lrsquoeacutevolution de la deacutegradation par Spectrophotomeacutetrie Lrsquoanalyse spectromeacutetrique des

eacutechantillons est effectueacutee par un balayage du spectre UV-Visible entre 200 et 800 nm (figure

18)

Nous remarquons que plus le temps de traitement est important plus le pic drsquoabsorbance dans

le visible agrave 661 diminue drsquointensiteacute pour srsquoannuler complegravetement agrave partir du 30 min Par

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contre le pic dans le domaine UV agrave 291 il diminue certes drsquointensiteacute mais ne srsquoannule pas

mecircme apregraves 45 min de traitement

Ce reacutesultat nous permet de conclure que le proceacutedeacute Fenton permet une deacutegradation partielle

de la moleacutecule du BM au bout de notre temps de reacuteaction Drsquoapregraves Cao et al (1999) les pics

appartenant aux domaine drsquoUV entre 200 et 260 sont relatives au cycle benzegravene mono ou

poly substitueacute Ceci revient agrave dire que la deacutegradation du BM passe par deux eacutetapes

Deacutegradation du groupement fonctionnel de la moleacutecule du BM (λ = 661 nm) crsquoest agrave

dire que la rupture de lrsquoheacuteteacuterocycle central entraine la perte des conjugaisons des deux

lateacuteraux ce qui explique la deacutecoloration plus ou moins rapide de la solution

La deacutegradation des cycles benzegravene persistant en solution est beaucoup plus lente

puisque lrsquointensiteacute de ce pic (λ = 291 nm) diminue mais ne srsquoannule pas alors que la

solution est claire On peut dire eacutegalement que cette deacutegradation des cycles benzegravene

persistants est due au temps de reacuteaction trop court

4- Effet de la concentration du H2O2

a) En Absence de Fer

En utilisant deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

nous

avons varieacute les concentrations du H2O2 de 1 agrave 6 mg L-1

en absence du fer agrave un pH = 3 et agrave

tempeacuterature ambiante Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacutes sur la figure ci-dessous

Figure 19 Deacutegradation du BM par H2O2 seul

Quel que soit la concentration du BM 10 mg L-1

ou 40 mg L-1

lrsquoeffet du H2O2 sur la

deacutegradation du colorant est pratiquement nulle En effet apregraves un temps arbitraire de 20 min

de traitement on remarque un taux drsquoabattement de 17 pour la concentration en BM de 10

mg L-1

alors qursquoil est nul pour une concentration initiale de 40 mg L-1

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Il est donc clair que le pouvoir oxydant du H2O2 nrsquoest pas assez suffisant pour pouvoir

deacutegrader le BM En effet le H2O2 agrave un pouvoir oxydant de Edeg = 176 VENH par contre

celui drsquoOHbull est de 28 VENH

La mecircme conclusion a eacuteteacute observeacute par Naima (2008) sur lrsquoutilisation du H2O2 seul dans le

traitement des huiles drsquoolive (margines) Le reacutesultat a donneacute que le H2O2 seul pour des valeurs

de concentrations 3 et 20 g L-1

ne peut eacuteliminer totalement la margine de lrsquoeffluents drsquohuilerie

drsquoolive de concentration initiale de 1 g L-1

la moyenne de taux drsquoabattement obtenue ne

deacutepasse pas la valeur de 32 Yameogo (2013) a remarqueacute eacutegalement que lrsquoutilisation du

H2O2 seul nrsquoa eu aucune influence sur la deacutegradation de lrsquoamarante par proceacutedeacute photo-fenton

et heacuteteacuterogegravene avec charbon actif la concentration nrsquoa pas varieacute tout au long du traitement

b) En preacutesence du Fer

Lrsquoefficaciteacute du traitement est donc tributaire de lrsquoexistence de deux entiteacutes H2O2 et Fe2+

En

effet Bach et al (2010) ont utiliseacute le Fe2+

pour traiter lrsquoeau industrielle ils ont trouveacute que le

fer a permis de mineacuteraliser 95 drsquoeacutethylegravene-glycol et 85 de pheacutenol dans une eau industrielle

par proceacutedeacute Fenton Marciel et al (2004) ont remarqueacute que lrsquoapport de sulfate ferreux a

ameacutelioreacute la reacuteduction du COT de 45 agrave 55 lors drsquoune eacutetude drsquooxydation drsquoune solution

pheacutenolique par le proceacutedeacute photo-fenton

Pour la suite Nous avons maintenu la mecircme variation des concentrations en H2O2 (de 1 agrave 6

mg L-1

) mais en additionnant le fer industriel (sulfate ferreux) avec une concentration de 134

mg L-1

pour deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

agrave

tempeacuterature ambiante et agrave un pH eacutegale agrave 3 Ceci revient qursquoen solution le rapport R =

varie de 075 15 25 5 (Figure 20)

Figure 17 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

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Quel que soit la concentration initiale en BM ou en H2O2 lrsquoaddition du fer a entraineacute

lrsquoapparition de la deacutegradation graduelle de la coloration

Plus la concentration en H2O2 est importante plus la vitesse de deacutegradation augmente

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

[BM] mg L-1

10 40

Variation de H2O2 Rendement () Rendement ()

1 6730 5508

2 8522 7029

3 9769 9632

6 9954 9860

La figure 20 montre que taux de deacutecoloration en preacutesence du catalyseur devient plus

important avec lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 Il passe apregraves 60 min de

traitement de 6730 pour une concentration en H2O2 de 1 mg L-1

agrave 9954 pour celle de 6

mg L-1

Ceci est parfaitement preacutevisible puisque lrsquoexistence de lrsquoHydroxyde radicalaire principale

responsable de la deacutegradation est tributaire de la concentration initial en H2O2 (Eq2 sect 11)

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence de

la variation du H2O2

[BM] = 10 mg L-1

[BM] = 40 mg L-1

Ordre de la

reacuteaction k k

075 00036 00005 Ordre 2

15 00092 00007

25 0067 0065 Ordre 1

5 02879 0103

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Nous remarquons que lorsque la concentration en H2O2 augmente lrsquoordre partiel de la reacuteaction

change En effet pour des concentrations en H2O2 lt 3 mg L-1

la reacuteaction de deacutegradation est de

lrsquoordre 2 alors que pour des concentrations plus eacuteleveacutees elle est drsquoordre 1

Nadjette (2009) a montreacute que la deacutegradation du Meacutethyle Orange en preacutesence de dioxyde de

titane (TiO2) suit une cineacutetique drsquoordre 1 Redha (2011) a trouveacute eacutegalement lrsquoordre partiel de

la reacuteaction est eacutegal agrave 1 lors de son eacutetude sur le traitement du Rouge drsquoalizarine S et lrsquoOrange

G par proceacutedeacute drsquooxydation avanceacutee (POA)

Bennani et al (2010) ont eacutelimineacute le bleu de meacutethylegravene en solution aqueuse par lrsquoargile de Safi

(Maroc) Les reacutesultats ont montreacute que le pseudo-second ordre peut deacutecrire le comportement

cineacutetique de lrsquoadsorption du bleu de meacutethylegravene sur lrsquoargile brute et celle purifieacutee Des reacutesultats

similaires ont eacuteteacute observeacutes Gurses et al (2006) et Tsai et al (2007)

Les valeurs de kapp obtenus pour une solution de concentration initiale en BM de 10 mg L-1

sont supeacuterieures agrave celles obtenues pour la solution de 40 mg L-1

et ce lagrave quel que soit lrsquoordre

de la reacuteaction ou la concentration en H2O2 en solution Ces valeurs augmentent avec

lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 et passe de 36 10-3

agrave 02879 et de 05 10-3

agrave 0103

pour une les solutions en BM de 10 et 40 mg L-1

respectivement

5- Effet de la concentration en fer

Pour la suite nous eacutetudierons lrsquoeffet de la concentration en Fer sur lrsquoefficaciteacute du traitement

du BM pour deux solutions de concentration 10 et 40 mg L-1

en BM Les essais ont eacuteteacute

reacutealiseacutes en maintenant constante la concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

et en faisant varieacute la

concentration en Fe2+

de 02 agrave 134 mg L-1

correspondant agrave une variation du rapport R =

de 5 agrave 30

Figure 18 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM

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En absence de fer aucune baisse dans la concentration en BM nrsquoest observeacutee Pourtant degraves

lrsquoajout drsquoune faible concentration (02 mg L-1

) entraine une diminution progressive de la

couleur au cours du temps Il est eacutegalement observeacute que quel que soit la concentration initiale

en BM le temps de deacutegradation (td) du colorant est inversement proportionnel agrave la

concentration en Fe2+

en solution En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

td

passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 alors que pour une concentration

de 40 mg L-1

il passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig22)

Figure 19 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer industriel

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction du rapport R

[BM] = 10 mg L

-1 [BM] = 40 mg L

-1

kapp kapp

OR

DR

E

1

par

rapport

agrave B

M 30 00027 00125

15 00061 00321

10 0026 00496

5 02879 0103

Nous remarquons que lrsquoeffet de lrsquoaugmentation de la concentration en Fe2+

en solution sur la

cineacutetique de deacutegradation du BM est beaucoup plus important pour des faibles concentrations

(10 mg L-1

) que pour les fortes concentrations (40 mg L-1

) En effet pour une variation de R de

30 agrave 10 kapp eacutevolue de 27 10-4

min agrave 26 10-2

min soit un facteur 100 pour une concentration

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en BM de 10 mg L-1

alors qursquoelle eacutevolue de 00125 agrave 005 soit un facteur 4 pour une

concentration en BM de 40 mg L-1

Drsquoapregraves ces reacutesultats on peut conclure drsquoune faccedilon geacuteneacuterale que la preacutesence drsquoune forte

concentration du catalyseur favorise la formation des radicaux OHbull principaux responsable de

la deacutegradation du BM Pourtant il a eacuteteacute montreacute dans plusieurs eacutetudes (Brillas et al 2004

Diagne 2006 Oturan et al 1999) que le Fe2+

ajouteacute agrave forte dose entraine une perte du

rendement du proceacutedeacute puisque le Fe2+

en plus de son rocircle de catalyseur peut jouer un rocircle de

destructeur crsquoest-agrave-dire qursquoil piegravege les OHbull produits

Lrsquoeacutelimination des polluants reacutefractaires est donc tributaire de la preacutesence des ions meacutetallique

sauf qursquoil neacutecessite un apport important en Fe2+

ce qui entraine un coucirct (Bouafia 2010)

Crsquoest pour cette raison que nous avons opteacute pour lrsquoutilisation de la lateacuterite en faisant une

attaque acide afin drsquoextraire le fer pour traiter le BM

II- UTILISATION DE LATERITE

Les eacutechantillons de la lateacuterite choisie se preacutesentent tous sous forme de poudres de couleur

ocre Lrsquoapplication drsquoun proceacutedeacute qui neacutecessite des quantiteacutes preacutecis de fer est un peu difficile

pour un pays dont le taux drsquoalphabeacutetisation est seulement de 218 et un seuil de pauvreteacute

(PIB par habitant est eacutegal agrave 1500 $) En effet lrsquoajout drsquoune forte concentration du catalyseur

dans la solution agrave traiter peut diminuer lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute Fenton Lrsquoanalyse DRX a

montreacute que la lateacuterite existante au Burkina-Faso est riche en fer En effet pour la reacutegion de

Dano le pourcentage en fer atteint 44 en masse alors que pour Koubri il est de 31

La premiegravere question auquel on srsquoeacutetait poseacute est si le fer eacutetait facilement ex tractable ou bien il

neacutecessite une mineacuteralisation preacutealable

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

La figure ci-dessous montre lrsquoallure de lrsquoeffet de lit de lateacuterite de Dano drsquoune part et celui de

Koubri drsquoautre avec ajustement de pH dans une solution du BM de concentration 40 mg L-1

en maintenant ma concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

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Figure 20 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

Nous observons que la solution du BM en contact avec le lit de Dano se deacutegrade plus vite que

celle en contact avec le lit de lateacuterite de Koubri Cela est ducirc au fait que la lateacuterite de Dano

libegravere plus facilement sa phase ferrique par rapport agrave celle de Koubri

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri)

Dans ce cadre nous avons compareacute lrsquoeffet drsquoun lit de lateacuterite (ajustement du pH) et une lateacuterite

attaqueacutee avec du H2SO4 sur une solution du BM agrave 40 mg L-1

La concentration en H2O2 eacutetant

maintenue agrave 6 mg L-1

(figure 24)

Figure 21 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri

La figure 24 montre que la quantiteacute de colorant deacutegradeacutee deacutecroit plus rapidement dans le cas

de lrsquoattaque acide Ce comportement est ducirc qursquoelle libegravere plus de Fe2+

en solution Le Fe2+

en

contact avec le H2O2 forme les radicaux hydroxyles (OHbull) pour le traitement des polluants

organiques par le proceacutedeacute Fenton

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

[BM] mg

L-1

Dano Koubri

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Rendement

()

4394 9991 364 9685

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Le taux drsquoabattement du BM par lrsquoattaque acide sur la lateacuterite de Dano est de 9991 apregraves

un temps de manipulation de 5 heures alors que celui du lit de lateacuterite (ajustement du pH) est

de 4394 pour le mecircme intervalle de temps

Cette diffeacuterence de rendement entre les lits de deux lateacuterites (Dano 4394 et Koubri

364) est due que la lateacuterite de Dano libegravere plus facilement sa phase ferrique que celle de

Koubri Etant donneacute que les phases ferriques sont les mecircmes pour les deux lateacuterites on

pourrait conclure que la diffeacuterence provient aussi du fait que la lateacuterite de Dano est beaucoup

plus riche en fer Ce qui facilite son extraction et que pour Koubri la phase Anastase en TiO2

pourrait gecircner son extraction

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et

Koubri)

Nous avons compareacute lrsquoefficaciteacute de 3 acides (sulfurique laquoH2SO4raquo chlorhydrique laquoHCl raquo et

nitrique laquoHNO3raquo) pour lrsquoextraction du fer des lateacuterites La concentration de la solution du

BM utiliseacutee est de 40 mg L-1

la concentration en H2O2 est toujours maintenue agrave 6 mg L-1

Figure 22 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri

La figure 25 montre que la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est la plus efficace pour la

deacutecoloration de la solution En effet Pour la lateacuterite de Dano le td est de 40 mn pour le H2SO4

et drsquoune heure (1h) et 1h30 pour le HNO3 et le HCl respectivement Pour celle de Koubri le

td de la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est drsquoune heure (1h) tandis que pour des deux autres

acides HCl et HNO3 les td sont respectivement de deux (2h) et quatre heure (4h)

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri

[BM] mg L-1

Dano Koubri

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Rendement () 9991 9890 9797 9685 9593 9223

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page 35

On peut deacuteduire que lrsquoefficaciteacute de lrsquoattaque acide par le H2SO4 utiliseacute pour extraire le fer de

la lateacuterite est due au caractegravere diacide (H2SO4)

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri)

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig26)

Figure 23 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer extrait de la lateacuterite

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction des attaques acides (Dano et Koubri)

Attaque acide Dano Koubri

kapp

OR

DR

E 1 par

rapport

agrave B

M

HCl 00127 00094

HNO3 00131 00096

H2SO4 00142 00194

Nous remarquons que lrsquoutilisation de la lateacuterite de Dano ne change pas lrsquoordre apparent de la

vitesse de deacutegradation qui reste eacutegale 1 La valeur de kapp varie de 127 10-2

min-1

pour HCl et

142 10-2

min pour H2SO4 ce qui confirme bien le reacutesultat obtenu pour la figure 19

Pour la lateacuterite de Koubri la valeur de kapp varie de 910-3

min-1

pour HCl et 194 10-2

min-1

pour H2SO4

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page 36

5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer

de la lateacuterite (Dano et Koubri)

Sur la figure 27 nous avons superposeacute les reacutesultats obtenus pour la deacutegradation drsquoune solution

de 40 mg L-1

du BM en preacutesence de 6 mg L-1

de H2O2 avec lrsquoajout de Fer extrait de la lateacuterite

de Dano et Koubri drsquoune part et le fer industriel drsquoautre part

Figure 24 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel

Il est montreacute que le taux de deacutegradation obtenu est perceptiblement le mecircme seule reste un

handicap le temps de traitement 20 min pour le fer industriel 40 min pour le fer extrait de la

lateacuterite de Dano et 1h pour celui de Koubri

Le traitement par la lateacuterite de Dano est efficace et preacutesente donc un avantage certains

puisqursquoil permet de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du BM par rapport agrave celui par la lateacuterite de

Koubri qui deacutegrade seulement que 9796

Beaucoup drsquoeacutetudes ont eacuteteacute faites sur lrsquoeacutelimination du bleu de meacutethylegravene En utilisant le

charbon actif commercial CECA40 de granulomeacutetrie infeacuterieure agrave 125 μm Houas et al (1999)

ont eacutelimineacute 93 du BM dans lrsquoeau pour un temps de contact de 5heures Kumar and

Tamilarasan (2013) ont utiliseacute 01g de charbon actif agrave base des graines drsquoacacia pour eacuteliminer

9312 de BM Bennani et al (2010) ont eacutetudieacute lrsquoadsorption BM sur lrsquoargile brute et

purifieacutee Ils ont montreacute que le processus drsquoadsorption est tregraves rapide et que 95 de la quantiteacute

adsorbeacutee est atteinte pendant les dix premiegraveres minutes Talidi (2006) a utiliseacute la pyrophyllite

(argile) il a montreacute que lrsquoadsorption du BM est de lrsquoordre de 7845 6658 et 5471

respectivement pour les concentrations initiales de 75 225 et 374ppm Sassi and Bennour

(2011) ont utiliseacute le traitement biologique par Biosorption du BM par Pseudomonas

Aeruginosa isoleacute agrave partir drsquoune boue de laiterie a montreacute un taux drsquoeacutelimination du BM variant

de 45 agrave 55 aux valeurs de pH = 7 et 8

Nous pouvons dire que le traitement par la lateacuterite a permis de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du

BM par rapport aux eacutetudes faites en utilisant drsquoautres mateacuteriaux et que la lateacuterite recouvre

000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 100 200 300

[BM

] mg

Lˉˡ

temps de traitement (mn)

Attaque acide

(Dano)

Attaque acide

(Koubri)

Fer industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page 37

33 du continent mondial ce qui pourrait rendre son utilisation moins chegravere par rapport aux

autres traitements (Fer industriel Charbon actifhellip) puis qursquoon nrsquoa pas fait une eacutetude

eacuteconomique pour voir son cout

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page 38

CONCLUSION

Ce travail qui a porteacute sur la deacutegradation du colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute

Fenton en comparant les performances obtenues entre lrsquoutilisation du fer industriel (Fenton

classique) et le fer extrait de la lateacuterite ont montreacute que

Pour lrsquoutilisation du fer industriel la deacutegradation du BM est obtenue agrave une valeur de 3 pour

une variation du rapport des concentrations R de 15 agrave 5 et que lrsquoutilisation du peroxyde (H2O2)

seul ne peut pas deacutegrader le BM car son pouvoir oxydant nrsquoest pas assez suffisant pour

pouvoir deacutegrader le colorant Lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute est donc intimement lieacutee agrave lrsquoexistence de

deux reacuteactifs En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

le temps de deacutecoloration

(td) passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 et pour celle de 40 mg L-1

il

passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R Le traitement du BM par proceacutedeacute

fenton est donc tributaire de lrsquoutilisation de Fe2+

Afin de minimiser le coucirct du traitement et surtout voir lrsquoefficaciteacute du traitement en utilisant la

lateacuterite nous avons essayeacute de remplacer le fer industriel par le fer extrait de la lateacuterite

provenant de deux reacutegions du Burkina-Faso Dano et Koubri

Les reacutesultats obtenus par lrsquoutilisation du fer de la lateacuterite sont inteacuteressants pour des eacutetudes sur

drsquoautres colorants En effet le lit de lateacuterite avec ajustement du pH a permis une deacutegradation du

colorant de 44 pour un temps de traitement de 5h tandis que le traitement par lrsquoattaque acide

lui a deacutegradeacute le BM de pregraves que 100 En effet les taux drsquoabattements pour lrsquoattaque acide de

la lateacuterite de Dano et de Koubri sont respectivement de 99 au bout de 40 min et de 97 pour

une manipulation drsquoenviron 1 h

Cette eacutetude sur la deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en utilisation le fer de la lateacuterite

nous a permis de montrer qursquoil est possible de simplifier de point de vue utilisation et coucirct le

proceacutedeacute Fenton pour les colorants syntheacutetiques drsquoeffluents industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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PERSPECTIVES

En perspectives il serait inteacuteressant

De faire une eacutetude approfondi pour voir le cout du traitement du proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite

Essayer de traiter drsquoautres familles de colorants en utilisant la lateacuterite attaqueacutee par

lrsquoacide pour voir lrsquoefficaciteacute du systegraveme

Appliquer le traitement sur des effluents textiles reacuteels

Imaginer un systegraveme de traitement agrave grand eacutechelle

Essayer le traitement sur drsquoautres polluants reacutecalcitrant PCB pheacutenol pesticides

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Page 8: Dégradation des effluents textiles (cas d’un colorant

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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LISTE DES FIGURES

Figure 1 Bleu de meacutethylegravene et sa structure chimique 6

Figure 2 Forme incolore du bleu de meacutethylegravene 6

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA) 9

Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI) 13

Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM 15

Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano 17

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri 17

Figure 10 Lit de lateacuterite 21

Figure 11 Attaque acide de la lateacuterite 21

Figure 12 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel 21

Figure 13 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite 22

Figure 14 Reacuteaction de pseudo ordre 1 23

Figure 15 Reacuteaction de pseudo ordre 2 23

Figure 16 Effet du pH 24

Figure 17Effet de la concentration du BM 25

Figure 18 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel 26

Figure 20 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2 28

Figure 21 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM 30

Figure 22 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le fer

industriel 31

Figure 23 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri) 33

Figure 24 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri 33

Figure 25 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri 34

Figure 26 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le fer

extrait de la lateacuterite 35

Figure 27 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel 36

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique 10

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes 14

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 16

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

17

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene 19

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm) 20

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t =

20 min) 24

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM 25

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM 26

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2 29

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence

de la variation du H2O2 29

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du

BM en fonction du rapport R 31

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite 33

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri 34

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du

BM en fonction des attaques acides (Dano et Koubri) 35

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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LISTE DES ABREVIATIONS

A Absorbance de la lumiegravere (nm)

BM Bleu de meacutethylegravene

C Concentration massique ou molaire en soluteacute (mg L-1

ou Mmol L-1

)

C0 Concentration initiale du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

CA Code Article

CCI Chambre de Commerce et drsquoIndustrie

DBO Demande Biologique en Oxygegravene

DCO Demande Chimique en Oxygegravene

ENH Electrode Normal agrave Hydrogegravene

e- Electron

Fe2+

Fer ferreux

Fe3+

Fer ferrique

H2O2 peroxyde drsquohydrogegravene

H2SO4 Acide sulfurique

HCl Acide chlorhydrique

HNO3 Acide nitrique

I Intensiteacute lumineuse traverseacutee

I0 Intensiteacute initiale lumineuse

kapp constante de vitesse apparente

LEDES Laboratoire Eau Deacutepollution Ecosystegraveme et Santeacute

mL Milli litre

min Minute

nm Nanomegravetre

MΩ Meacutega ohm

OHbull Radicaux hydroxyles

POA Proceacutedeacute drsquoOxydation Avanceacutee

V Vitesse cineacutetique de deacutegradation

UV Ultra-violet

microScm Micro-siemens par cm

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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λ Longueur drsquoonde (nm)

α Ordre partiel

τ Rendement ou taux de deacutegradation ()

td Temps de deacutecoloration (min)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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INTRODUCTION GENERALE

Quel que soit le deacuteveloppement de la socieacuteteacute lrsquoeau reste un facteur primordial dans toutes les

couches socio-eacuteconomiques Malheureusement lrsquoeau douce disponible pour les humains et

aussi pour le reste de lrsquoeacutecosystegraveme repreacutesente moins de 1 du volume total drsquoeau sur terre et

la qualiteacute de la partie disponible et potentiellement utilisable par lrsquohomme nrsquoest que de 01

et nrsquoa cesseacute de se deacutegrader et parfois dlsquoune maniegravere irreacuteversible Selon lrsquoONG Water Aiumld 34

millions de personnes au Burkina-Faso nrsquoont pas accegraves agrave lrsquoeau potable

Lrsquoindustrie du textile est lrsquoune des industries la plus consommatrice drsquoeau (par exemple pour

teindre quelques 30 milliards de kilo de tissusan il faut consommer 4 milliards de tonnes

drsquoeauan) et geacutenegravere des rejets constitueacutes de moleacutecules organiques reacutecalcitrantes preacutesentant

geacuteneacuteralement des problegravemes de couleur de concentrations eacuteleveacutees de DBO de DCO de

matiegraveres en suspension ainsi que de toxiciteacute et de conductiviteacute eacuteleveacutees Selon la Banque

mondiale lrsquoindustrie textile est responsable de 17 agrave 20 de la pollution de leau dans le

monde En 2009 les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels La production mondiale des colorants est estimeacutee agrave plus de 800000

tonnesan (Mansour et al 2010) Drsquoapregraves la Chambre de Commerce et drsquoIndustrie du Burkina

(CCI) la quantiteacute de colorants importeacutee au Burkina-Faso est de 79 tonnes en 2012

Ces colorants dans lrsquoensemble sont toxiques de par leur composition et leurs modes

drsquoutilisation Ils sont susceptibles drsquoinduire chez lrsquoHomme des dermatoses voire des cancers

de la peau tant pour les personnes travaillant agrave la teinture des fibres textiles que via la

transpiration pour les personnes portant les vecirctements De plus les effluents non traiteacutes de ces

colorants sont responsable apregraves rejets de la deacutegradation de lrsquoenvironnement (des eaux de

surface et souterraines des sols voire de la veacutegeacutetation) Pour remeacutedier agrave tous ces impacts

neacutegatifs un traitement par deacutecoloration de ces effluents srsquoimpose avant tout rejet dans

lrsquoenvironnement

La deacutecoloration des rejets de lrsquoindustrie textile est souvent difficile car les colorants

organiques ne sont pas deacutegradeacutes par voies conventionnels En effet ces produits sont stables

aux agents oxydants aux rayonnements et reacutesistent fortement agrave la digestion aeacuterobie Pour cela

plusieurs types de traitement ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes et testeacutes notamment lrsquoosmose inverse la

preacutecipitationcoagulation des matiegraveres colorantes lrsquoadsorption sur charbon actif la filtration

membranaire (Barclay and Buckley2000) Cependant ces proceacutedeacutes classiques de traitement

ne reacutepondent pas agrave cette attente car ils sont pour la plupart non destructifs et tregraves couteux

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour reacutepondre agrave cette faille de nouveaux proceacutedeacutes ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes dont les proceacutedeacutes

drsquooxydation avanceacute (POA) qui sont des proceacutedeacutes de traitement oxydatif subdiviseacutes en quatre

groupes(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon

puisse utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et son

potentiel normal drsquooxydoreacuteduction est de 28VENH (Parsons 2004)

Le proceacutedeacute fenton un des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee est une technologie eacuteprouveacutee et

efficace pour la destruction drsquoun grand nombre de polluant organique Cette technique

consiste agrave initier des reacuteactions de deacutecomposition du peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) par des

sels meacutetalliques en vue de geacuteneacuterer des espegraveces radicalaires (OHbull HO2

bull etc) tregraves reacuteactives

Son inconveacutenient majeur est qursquoil neacutecessite une grande quantiteacute de produits chimiques en

phase homogegravene tels que le fer (Fe2+

) qui geacutenegravere un cout suppleacutementaire et conduit agrave la

geacuteneacuteration de grandes quantiteacutes de boues ou agrave la formation de deacuteriveacutes pour le traitement

Lrsquoobjectif de cet meacutemoire est drsquoeacutetudier la deacutegradation du bleu de meacutethylegravene modegravele de

colorant syntheacutetique textile par le proceacutedeacute fenton en remplaccedilant le fer industriel (Fe3+

Fe2+

)

par le fer extrait de la lateacuterite locale en vue de reacuteduire le cout des traitements des effluents

textiles Si cette expeacuterience au laboratoire donne des reacutesultats satisfaisants elle pourrait ecirctre

extrapoleacutee agrave grande eacutechelle et ecirctre une des solutions pour le traitement de rejets textiles par

des mateacuteriaux locaux en Afrique puisque la lateacuterite recouvre environ 33 de continent

africain et est tregraves abondante au Burkina-Faso

Apregraves une introduction geacuteneacuterale ce meacutemoire sera structureacute en trois (03) chapitres

Le premier chapitre sera consacreacute agrave une eacutetude bibliographique sur les colorants les

meacutethodes de traitements des effluents textiles et la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Le second chapitre abordera la partie mateacuterielles et meacutethodes Nous deacutecrirons les

protocoles expeacuterimentaux le mateacuteriel et les reacuteactifs employeacutes ainsi que les meacutethodes

expeacuterimentales utiliseacutees

Le troisiegraveme chapitre est consacreacute aux reacutesultats obtenus accompagneacutes drsquoune

discussion afin de comparer nos reacutesultats aux autres eacutetudes faites sur la deacutegradation du

bleu de meacutethylegravene (BM) par drsquoautres mateacuteriaux

Une conclusion geacuteneacuterale ainsi que quelques perspectives seront preacutesenteacutees en fin du

document

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE I REVUE BIBLIOGRAPHIQUE

I- LES COLORANTS (Caracteacuteristiques classification et toxiciteacute)

1- Historique des colorants

Depuis le deacutebut de lrsquohumaniteacute les colorants appliqueacutes dans pratiquement toutes les activiteacutes

humaines (peinture teinture du papier de la peau et des vecirctements) eacutetaient drsquoorigines naturelles

et veacutegeacutetales Ces colorants sont tous des composeacutes aromatiques qui proviennent essentiellement

des plantes tel que lrsquoalizarine et lrsquoindigo Lrsquoindustrie des colorants syntheacutetiques est neacutee en 1856

quand le chimiste anglais W H Perkin dans une tentative de synthegravese de la quinine artificielle

pour soigner la malaria a obtenu la premiegravere matiegravere colorante syntheacutetique qursquoil appela

mauve (aniline colorant basique) Apregraves la deacutecouverte de la mauve de nouveaux colorants

ont commenceacute agrave paraitre sur le marcheacute (Jaussaud 1993)

Au deacutebut du 20egraveme

siegravecle les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels Selon Mansour et al (2010) la production mondiale des colorants est

estimeacutee agrave plus de 800000 tonnesan

2- Deacutefinition des colorants

Un colorant est une substance coloreacutee qui interagit avec le milieu dans lequel elle est introduite

et le colore en srsquoy dissolvant etou dispersant lui confeacuterant la proprieacuteteacute de teindre Cette

proprieacuteteacute reacutesulte drsquoune affiniteacute particuliegravere entre le colorant et la fibre Selon le type

drsquoapplication et drsquoutilisation les colorants syntheacutetiques doivent reacutepondre agrave un certain nombre

de critegraveres afin de prolonger la dureacutee de vie des produits coloreacutes sur lesquels ils sont appliqueacutes

Ces critegraveres sont la reacutesistance agrave lrsquoabrasion la stabiliteacute photolytique des couleurs la reacutesistance

agrave lrsquooxydation chimique (notamment les deacutetergents) et aux attaques microbiennes(Pagga and

Brown 1986) et (Zawlotzki Guivarch 2004)

3- Classification des colorants syntheacutetiques

Les matiegraveres colorantes se caracteacuterisent par leur capaciteacute agrave absorber les rayonnements lumineux

dans le spectre visible (de 380 agrave 750 nm) La transformation de la lumiegravere blanche en lumiegravere

coloreacutee par reacuteflexion sur un corps ou par transmission ou diffusion reacutesulte de labsorption

seacutelective deacutenergie par certains groupes datomes appeleacutes chromophores la moleacutecule colorante

eacutetant le chromogegravene Dautres groupes datomes du chromogegravene peuvent intensifier ou changer

la couleur due au chromophore ce sont les groupes auxochromes (Barka 2008)

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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4- Les colorants aziniques (thiazines)

Les colorants thiazines sont analogues aux colorants oxazines sauf que lrsquoatome de soufre

remplace lrsquoatome drsquooxygegravene dans lrsquoanneau heacuteteacuterocyclique Ces colorants ont un noyau

phenazonium comme chromophore avec des groupes amineacutes en para par rapport au soufre

comme auxochrome Ils ont un intervalle de couleur du vert au bleu et ils sont stables agrave la

lumiegravere Ils sont utiliseacutes dans le domaine du textile meacutedecine pharmacie et biologie

Seulement cinq colorants thiazines sont connus et toujours fabriqueacutes azure A azure B azure C

thionine et bleu de meacutethylegravene

Le colorant thiazine le plus important est le bleu de meacutethylegravene deacutecouvert par Caro en 1876

Colorants doxazines Colorants thiazines

Oxazines

Thiazine

5- Toxiciteacute des colorants

La prise de conscience quant agrave la dangerositeacute de certains colorants a commenceacute vers 1890 ougrave

lrsquoon surveillait essentiellement les teneurs en cuivre en arsenic et en plomb dans les colorants

syntheacutetiques ou mineacuteraux Cependant bien que des toxicologues aient auparavant mis en

eacutevidence chez les animaux le risque de cancer lieacute agrave lrsquoingestion de certains colorants azoiumlques

rouges ce nrsquoest qursquoapregraves la deuxiegraveme (2egraveme

) guerre mondiale que des seacuterieux tests biologiques

ont abouti agrave la remise en cause de la plupart des colorants utiliseacutes Une reacuteglementation plus

exigeante a eacuteteacute instaureacutee en 1960 concernant le test de toxicologique des colorants mis sur le

marcheacute Pour le cas du Burkina-Faso il yrsquoa un deacutecret ndeg2001-185 (article 12) portant

interdiction de rejet dans lrsquoenvironnement de certaines substances canceacuterigegravenes dans

lrsquoenvironnement

6- Proprieacuteteacutes physico-chimiques du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene colorant azinique (thiazine) de la famille basique ou cationique aussi

appeleacute chlorure de bis-(dimethylamino)- 37 phenazathionium est soluble dans lrsquoeau (50 g L-1

) et

moins soluble dans lrsquoalcool (10 g L-1

) Sa formule chimique est C16H18ClN3S une masse molaire

de 319852 g mol-1

se preacutesente sous forme drsquoune poudre cristalline drsquoun bleu fonceacute est un deacuteriveacute

azoteacute (Fig1)

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 1 Bleu de meacutethylegravene et sa structure chimique

Il est couramment utiliseacute comme modegravele de contaminant organique en raison de sa structure

moleacuteculaire stable Dans la reacuteaction de reacuteduction le BM se transforme en leuco meacutethylegravene

incolore due agrave la perte du doublet libre de lrsquoazote et introduction drsquoun atome drsquohydrogegravene

Le BM sous sa forme incolore est

(Eq 1)

bleu de meacutethylegravene chlorure de meacutethylthioninium

S

N

N NCl-

hydroxyde de meacutethylthioninium

S

N

N N HO

Figure 2 Forme incolore du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene est le colorant le plus couramment utiliseacute dans la teinture du coton du bois

et de la soie Il peut provoquer des brucirclures oculaires responsables de blessures permanentes aux

yeux de lrsquohomme et des animaux Son inhalation peut donner lieu agrave des difficulteacutes respiratoires

entrainer des cas drsquoaneacutemie apregraves une absorption prolongeacutee et son ingestion par la bouche produit

une sensation de brucirclure provoque des nauseacutees des vomissements transpiration et sueurs

froides abondantes (Ghosh and Bhattacharyya 2002) Il est aussi est toxique pour les algues et

les petits crustaceacutes agrave partir des concentrations de 01 mg L-1

et 2 mg L-1

respectivement (Ounissa

1996 Meink et al 1997)

Le traitement des rejets industriels contenant ce type de colorant srsquoavegravere drsquoun grand inteacuterecirct

II- TRAITEMENT DES REJETS TEXTILES

1- Geacuteneacuteraliteacutes sur les meacutethodes de traitements

Le traitement des rejets textiles compte tenu de leur heacuteteacuterogeacuteneacuteiteacute de composition conduira

toujours agrave la conception drsquoune chaine de traitement assurant lrsquoeacutelimination des diffeacuterents

polluants par des eacutetapes successives La premiegravere eacutetape consiste agrave eacuteliminer la pollution par

lrsquointermeacutediaire de preacutetraitement (deacutegrillage dessablage deacuteshuilage etc) etou de traitement

physique ou physico-chimique assurant une seacuteparation solide-liquide Drsquoapregraves Barclay and

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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Buckley (2000) les techniques de deacutepollution intervenant le plus courant en deuxiegraveme eacutetape

dans les industries se divisent en trois cateacutegories

1- Biologique

Traitement aeacuterobie

Traitement anaeacuterobie

2- Physique

Meacutethode de preacutecipitation (coagulation floculation seacutedimentation)

Adsorption (sur charbon actif)

Osmose inverse filtration sur membrane

3- Chimique

Oxydation (oxygegravene ozone oxydants tels que le H2O2 NaOCl)

Reacuteduction (Na2S2O2)

Meacutethode de complexomeacutetrique

Reacutesine eacutechangeuse drsquoions

A- Meacutethodes biologiques

Lrsquoavanceacutee technologique a permis la conception des systegravemes de traitement biologique

perfectionneacutes en se basant sur lrsquoautoeacutepuration naturelle des eaux Ces proceacutedeacutes biologiques se

font selon deux modes traitements en aeacuterobie (en preacutesence de lrsquooxygegravene) et traitement en

anaeacuterobie (les microorganismes deacutegradent la matiegravere organique en absence de lrsquooxygegravene)

Les proceacutedeacutes drsquoeacutepuration par voie biologique sont baseacutes sur la transformation microbienne des

colorants La plupart des colorants azoiumlques sont tregraves stables et non biodeacutegradables Beaucoup

drsquoeacutetudes ont deacutemontreacute la biodeacutegradation partielle ou complegravete de certains colorants par voie

biologiques (Adnosinda et al 2003) et (Lopez et al 2004) Mecircme si ces techniques sont

adapteacutees agrave un nombre de polluants organiques elles ne sont pas toujours applicables sur les

effluents textiles industriels en raison de fortes concentrations de polluants de leur toxiciteacute qui

entrainent la destruction des microorganismes ou des boues biologiques agrave traiter

B- Meacutethodes physiques

Lorsque les eaux useacutees ne se precirctent pas agrave une deacutepollution par voie biologique (effluent peu ou

pas biodeacutegradable tempeacuterature trop faible valeurs extrecircmes de pH preacutesence de toxiques)

des proceacutedeacutes physico-chimiques classiques permettent de compenser soit en se substituant

totalement agrave lrsquoeacutepuration par voie biologique soit en traitement compleacutementaire On peut citer

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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par exemple la coagulation-floculation suivie drsquoune deacutecantation (clarification) lrsquoadsorption sur

charbon actif lrsquoeacutechange drsquoions ou la filtration membranaire

B1- Coagulation-floculation

Sous le terme de coagulationndashfloculation on entend tous les processus physico-chimiques par

lesquels des particules colloiumldales ou des solides en fine suspension sont transformeacutes par des

floculants chimiques en espegraveces plus visibles et seacuteparables (les flocs) Les flocs formeacutes sont

ensuite seacutepareacutes par deacutecantation et filtration puis eacutevacueacutes Les coagulants inorganiques tels que

lrsquoalun (Al2(SO4)314H2O) donnent les reacutesultats plus que satisfaisants pour la deacutecoloration des

effluents textiles contenant des colorants disperseacutes de cuve et soufreacutes mais sont totalement

inefficaces pour les colorants azoiumlques acides et basiques (Barclay and Buckley 2000) et

(Vendevivere et al 1998) Par ailleurs la coagulationndashfloculation ne peut ecirctre utiliseacutee pour les

colorants fortement solubles dans lrsquoeau comme le cas du BM

Le principal deacutesavantage de cette technique est qursquoelle geacutenegravere une importante quantiteacute de boue

entrainant des investissements suppleacutementaires

B2- Filtration membranaire

Dans ce proceacutedeacute les polluants sont retenus par une membrane semi permeacuteable dont le diamegravetre

des pores est infeacuterieur agrave celui des moleacutecules agrave eacuteliminer Cette technique est largement utiliseacutee

dans le domaine de lrsquoeau potable et le dessalement La filtration sur membrane sous lrsquoeffet

drsquoune pression hydraulique se deacutecline en microfiltration lrsquoultrafiltration la nano filtration et

lrsquoosmose inverse Parmi les quatre types de proceacutedeacutes la nano filtration et lrsquoosmose inverse sont

les plus adapteacutes agrave la reacuteduction partielle de la couleur et des petites moleacutecules organiques

(Taylor and Jacobs 1996) (Calobro et al 1990) En effet la nano filtration srsquoapplique surtout

au traitement des bains de teinture de colorants reacuteactifs en agissant comme un filtre moleacuteculaire

tandis que la microfiltration retient les mateacuteriaux colloiumldaux tels que les colorants disperseacutes ou

de cuve gracircce agrave une laquomembrane eacutecranraquo (Van der Bruggen et al 2003) Lrsquoultrafiltration ne

srsquoapplique qursquoagrave la reacuteduction de DCO et des solides en suspension (Anselme and Jacobs 1996)

et nrsquoest reacuteellement efficace qursquoen combinaison avec la coagulationfloculation

B3- Adsorption sur charbon actif et autres mateacuteriaux

Le polluant est transfeacutereacute de la phase liquide vers la phase solide lors de lrsquoadsorption Le

charbon actif eacutetant consideacutereacute comme lrsquoadsorbant le plus efficace pour la reacuteduction de la

couleur est limiteacute pour lrsquoeacutelimination de certains colorants Seuls les cationiques colorant agrave

mordant disperseacutes ou dits de cuve sont eacutelimineacutes par cette technique (Raghavacharya 1997)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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C- Meacutethodes chimique

Les techniques drsquooxydation chimiques sont geacuteneacuteralement appliqueacutees quand les proceacutedeacutes

biologiques sont inefficaces Elles peuvent ecirctre ainsi utiliseacutees pour les proceacutedeacutes biologiques en

eacutetapes de preacutetraitement afin de diminuer la charge polluante Lrsquooxydation chimique est

eacutegalement appliqueacutee pour le traitement des organiques dangereux preacutesents en faibles

concentrations et des effluents chargeacutes de constituants reacutesistants aux meacutethodes de

biodeacutegradation Le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) le Cl2 et O3 sont les reacuteactifs les plus souvent

utiliseacutes pour ce type de traitement Le H2O2 est un oxydant moyennement fort et son application

pour le traitement des polluants organiques et inorganiques est bien eacutetablie (Neyens et al

2003) Mais lrsquooxydation par H2O2 nrsquoest pas suffisamment efficace pour de fortes concentrations

en colorant Hamada et al (1998) ont proposeacute de traiter les colorants azoiumlques par hypochlorure

de sodium Cependant si la moleacutecule initiale est deacutetruite les halogegravenes sont susceptibles de

former des trihalomeacutethanes comme sous-produits de deacutegradation lesquels sont canceacuterigegravenes

pour lrsquoHomme

Drsquoougrave la neacutecessiteacute drsquoutiliser des produits drsquooxydation encore plus performant comme les

proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutes (POA)

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation

Avanceacutee (POA)

Lrsquoindustrialisation intensive qui a vu le jour au cours du dernier siegravecle a causeacute lrsquoapparition dans

lrsquoenvironnement de polluants eacutemergents reacutefractaires qui sont reconnus canceacuterigegravenes et

mutagegravenes Dans lrsquooptique de limiter la pollution de lrsquoenvironnement des strateacutegies de

traitement efficaces et eacutecologiques ont eacuteteacute deacuteveloppeacutees Parmi ces strateacutegies se trouve

lrsquoapplication des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee (POA) Figure 3

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA)

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Il srsquoagit de proceacutedeacutes de traitement oxydatif qui peuvent ecirctre subdiviseacutes en quatre groupes

(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse

utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et reacutepondent aux

critegraveres suivant (Suty et al 2003)

Ne pas induire de pollution secondaire

Non toxique

Non corrosif pour les eacutequipements

Etre le plus rentable possible

Etre relativement le plus simple agrave manipuler

Les OHbull sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse utiliser dans le domaine des

eaux et des effluents industriels avec une vitesse drsquooxydation (109

fois plus eacuteleveacutee) agrave celle de

lrsquoozone et son potentiel drsquooxydation est de 28 VENH (Parsons 2004) Tableau 1

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique

Oxydant Pouvoir oxydant Edeg (VENH)

OHbull 280

Oo 242

O3 207

H2O2 (milieu acide) 178

Cl2 136

O2 123

Plusieurs secteurs ont utiliseacutes ces proceacutedeacutes pour traiter leurs eaux par exemple Parsons (2004)

lrsquoa utiliseacute pour le traitement des eaux de surface et souterraines Martinez-Huitle and Ferro

(2006) lrsquoont utiliseacute pour le traitement des eaux industrielles Hayet (2011) lrsquoa testeacute dans

lrsquoeacutelimination du 4- chloropheacutenol Hsing et al (2007) et Wu and Chang (2006) ont lrsquoutiliseacute pour

deacutecolorer les eaux des industries textiles Bouafia (2010) a utiliseacute le proceacutedeacute drsquooxydation

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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avanceacutee baseacutee sur le reacuteactif de fenton pour deacutegrader les colorants textiles Derradji (2012) a

coupleacute le POA avec un traitement biologique pour le traitement des eaux useacutees industrielles

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

)

Fenton avait deacutecrivit agrave la fin du XIX egraveme

siegravecle que le fer ferreux (Fe2+

) favorisait fortement

lrsquooxydation de lrsquoacide maleacuteique par le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) en milieu acide (Fenton

1894) Des travaux ulteacuterieurs ont montreacute que la combinaison de H2O2 et de Fe2+

nommeacute

laquo Reacuteactif de Fenton raquo eacutetant un oxydant efficace pour une grande varieacuteteacute de substrats

organiques notamment les pheacutenols les pesticides les aromatiques polycycliques et des

colorants en particulier les azoiumlques (Spadaro et al 1994 Benitez et al 2001 De Heredia et

al 2001) Quarante (40) ans plus tard Haber and Weiss (1934) identifiaient le radical

Hydroxyl comme eacutetant lrsquoespegravece oxydante de la reacuteaction preacutesenteacutee ci-dessous et communeacutement

appeleacutee reacuteaction de Fenton

(Eq2)

Le fer ferrique geacuteneacutereacute peut ensuite reacuteagir avec le peroxyde drsquohydrogegravene pour redonner le fer

ferreux

(Eq3)

La vitesse de deacutecomposition de H2O2 par le Fer II augmente lorsque le pH augmente (le 5) car

dans cette gamme de pH la forme preacutedominante Fe(OH) 2+

est beaucoup plus reacuteactive que lrsquoion

Fe2+

(Kuo 1992)

Lrsquoeacutetude de la deacutepollution des effluents textiles coloreacutes par le proceacutedeacute Fenton (systegraveme H2O2

Fe2+

) a eacuteteacute reacuteveacuteleacutee tregraves efficace et plusieurs eacutetudes ont montreacute que le taux de mineacuteralisation des

colorants syntheacutetiques augmente avec lrsquoaugmentation des doses des reacuteactifs et du temps de

reacuteaction Le rapport des reacuteactifs R =

et le rapport

joue aussi un rocircle important

dans la vitesse de deacutegradation de colorants de deacutepart et sur le taux de mineacuteralisation (Kuo

1992)

Le proceacutedeacute Fenton possegravede trois (03) caracteacuteristiques attractives pour le traitement des

composeacutes organiques (Redha 2011)

Les radicaux hydroxyles OHbull produits reacuteagissent tregraves rapidement (10

9 fois plus reacuteactif

que le O3)

Les reacuteactifs sont simples agrave manipuler et sans danger pour lrsquoenvironnement

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Les produits finaux de deacutegradation (H2O CO2 ions mineacuteraux et hydroxydes ferriques)

nrsquointroduisent pas une pollution suppleacutementaire

Le proceacutedeacute de Fenton est composeacute geacuteneacuteralement de quatre eacutetapes principales ajustement du

pH oxydation neutralisation et coagulationpreacutecipitation Pour lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute la

reacuteaction de fenton ne peut se produire qursquoagrave un pH voisin ou eacutegal agrave 3 ce qui reacutesulte un ajout des

solutions acides Au-delagrave des valeurs de pH comprises entre 3 et 4 le fer (Fe2+

ou Fe3+

) est

susceptible de preacutecipiter et former des hydroxydes de fer induisant ainsi une faible activiteacute

catalytique Le milieu doit ecirctre approvisionneacute drsquoune maniegravere continue Ce qui peut alourdir les

couts de traitement

Le proceacutedeacute Fenton est consideacutereacute aujourdrsquohui comme le proceacutedeacute dont sa mise en œuvre est facile

et plus utiliseacute dans le monde pour le traitement drsquoeffluents industriels textiles mais le proceacutedeacute

est limiteacute par le manque de geacuteneacuteration du catalyseur qui neacutecessite geacuteneacuteralement un apport

constat en reacuteactif et qui contraint de ce fait agrave lrsquoapprovisionner en continu le milieu en peroxyde

drsquohydrogegravene (H2O2) tregraves couteux

III- LA LATERITE

Le Burkina-Faso est un pays de lrsquoAfrique occidentale avec une superficie de 274 000 kmsup2 et le

recouvrement lateacuteritique est un caractegravere dominant des paysages peacuteneacuteplaines ou tabulaires qui

caracteacuterisent sa plus grande partie Les lateacuterites se preacutesentent sous forme de plateaux eacutetendus

buttes teacutemoins cuirasses indureacutes etc Lrsquoeacutepaisseur de ces lateacuterites varie selon la nature des

formations sur lesquelles elles se reposent

La lateacuterite (du latin later brique) est une roche rouge ou brun qui se forme par alteacuteration des

roches sous les climats tropicaux Elle est constitueacutee du fer (Limonite ferrihydrite geothite

heacutematite) drsquoaluminium (Gibbsite cliachite boehmite) de titane de manganegravese et de

silicium On la trouve surtout en domaine intertropical et recouvre 33 des continents

Pour lrsquoeacutetude de la deacutegradation du colorant BM nous avons utiliseacute deux types de lateacuterite

provenant lrsquoune de la reacutegion de Koubri dans le Centre et contenant 314 de fer et lrsquoautre dans

la reacutegion Sud-Ouest du Burkina-Faso contenant 447 pour le traitement (Figure 4) Ces

lateacuterites ont eacuteteacute caracteacuteriseacutees au Laboratoire CRISMAT (Centre National de Recherche et de

Technologie Mateacuteriaux ENSI Caen) en France

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI)

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE

Lrsquoutilisation des substances organiques dans lrsquoindustrie sans traitement est la deacutegradation de la

qualiteacute des eaux qui se reacutepercute sur la santeacute de lrsquoecirctre humain Dans ce chapitre nous allons voir

les produits et mateacuteriels ainsi que la meacutethodologie expeacuterimentale utiliseacutes pour la deacutegradation du

colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute Fenton en phase homogegravene en utilisant le fer

industriel puis le fer extrait de la lateacuterite

Nous preacutesentons en premier lieu la technique du dosage du BM et les reacuteactifs utiliseacutes pour la

deacutegradation de notre colorant Nous eacutevoquons les techniques de caracteacuterisation de la lateacuterite par

diffraction des rayons X et analyse quantitative

I- PRODUITS ET MATERIELS

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite)

Pour lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite nous avons utiliseacute

certains reacuteactifs qui sont illustreacutes dans le tableau 2

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes

Produits Fournisseur Qualiteacute

Bleu de meacutethylegravene Fluka 96

Peroxyde drsquohydrogegravene

(H2O2)

Preacutepareacute par

Laboratoires Gilbert (CA 655-

301-3)

9

Acide sulfurique (H2SO4) Sigma-Aldrich (CA 7664-93-9) 95-97

Sulfate ferreux (FeSO4

7H2O

Fluka Chemika (CA44990) 98

Hydroxyde de Sodium

NaOH

Sigma Aldrich 32

Eau ultra-pure ou Milli-Q Polisseur drsquoeau du LEDES 0055 microScm ou 183

2- Mateacuteriels utiliseacutes

Les mateacuteriels utiliseacutes pour les suivis cineacutetiques de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite sont la spectrophotomeacutetrie DR 5000 la lateacuterite et les trois types drsquoacides

lrsquoacide sulfurique lrsquoacide chlorhydrique lrsquoacide nitrique pour lrsquoextraction du fer de la lateacuterite

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Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM

Les eacutechantillons de lateacuterites utiliseacutees lors de ce travail ont eacuteteacute caracteacuteriseacutes au Laboratoire

CRISMAT (Centre National de Recherche Technologique Mateacuteriaux ENSI Caen) en France Ils

proviennent de deux reacutegions du Burkina-Faso (Dano et Koubri) contiennent respectivement 44

7 et 314 de fer et ont eacuteteacute obtenus par les analyses en diffraction des rayons X (DRX) et en

microscopie eacutelectronique agrave balayage (MEB)

Le principe de lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS

Lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS est une analyse quantitative en des points ou zones speacutecifiques dun

eacutechantillon en utilisant la spectromeacutetrie agrave seacutelection deacutenergie (EDS)

Son principe est que par lintermeacutediaire dun canon agrave eacutelectrons un faisceau deacutelectrons est envoyeacute

sur leacutechantillon En contact avec la matiegravere ces eacutelectrons interagissent de diffeacuterentes faccedilons

Le MEB-EDS du laboratoire va permettre dexploiter trois informations distinctes dont deux qui

vont ecirctre traduites en images

-Une image en eacutelectrons secondaires (SE) qui naicirct dune interaction entre les eacutelectrons du

faisceau et les eacutelectrons des couches eacutelectroniques de latome et qui nous donnera une

information topographique de leacutechantillon

- Une image en eacutelectrons reacutetrodiffuseacutes (BSE) qui reacutesulte de linteraction entre les eacutelectrons du

faisceau le noyau et le nuage eacutelectronique de latome et qui permettra de creacuteer une image par

contraste chimique

- Une troisiegraveme information que lon obtient est une analyse eacuteleacutementaire le microscope

eacutelectronique agrave balayage eacutetant coupleacute agrave un deacutetecteur de rayons X agrave dispersion deacutenergie

Le principe de lrsquoanalyse par Diffraction Rayon X (DRX)

La diffraction des rayons X est une technique danalyse fondeacutee comme son nom lrsquoindique sur la

diffraction des rayons X sur la matiegravere La diffraction des rayons X est un pheacutenomegravene

dinterfeacuterence constructive qui se produit quand un faisceau de rayons X (onde

eacutelectromagneacutetique) peacutenegravetre dans un cristal (empilement peacuteriodique datomes) Il peut donc

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apparaitre quand on place un monocristal un poly-cristal ou une poudre devant une source de

rayons X Lemplacement des faisceaux diffracteacutes nous informe sur la peacuteriodiciteacute du (des) cristal

tandis que lintensiteacute de ces faisceaux nous informe sur la nature et la position des atomes

contenus dans le cristal La position des intensiteacutes diffracteacutees nous renseignera sur la taille de la

maille tandis que lintensiteacute nous permettra de calculer la position des atomes dans la maille

ainsi que leur nature Les proprieacuteteacutes chimiques ou physiques dun mateacuteriau deacutependent de la

position et la nature des atomes du cristal

Les caracteacuteristiques du diffractomegravetre des eacutechantillons de la poudre de lateacuterite analyseacutee sur un

diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 eacutequipeacute drsquoun monochromateur avant et drsquoun deacutetecteur Lynx-

Eye sont rassembleacutees dans le tableau et figures ci-dessous

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Position initiale [deg2Th] 10 0050

Position finale [deg2Th] 99 9910

Taille [deg2Th] 00110

Temps drsquoeacutetape de balayage [s] 1170

Fente de divergence Fixed

Fente de divergence [mm] 2

Tempeacuterature de mesure [degC] 21

Mateacuteriel drsquoanode Cu

K Alpha 1 [Aring] 154060

Geacuteneacuterateur 40 mA 40 kV

Monochromateur de rayon incident Oui

Rotation Non

Ouverture de deacutetecteur [deg] 35

Deacutetecteur de discrimination LL [V] 017

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Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri

Les diffeacuterentes phases des eacutechantillons de lateacuterites par lrsquoanalyse en diffraction RX sont

reacutecapituleacutees sur ce tableau

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

Phase Koubri Dano

-massique -massique

Phase majoritaire Kaolinite 333 36

Quartz 326 161

Deuxiegraveme sous-ensemble de phase Goethite FeO(OH) 211 352

Heacutematite Fe2O3 73 63

Ferrite

(fer-alpha)

3 32

Phase anatase TiO2 27

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II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene

La solution megravere du BM de concentration 1 g L-1

a eacuteteacute preacutepareacutee en mettant les cristaux dans un

litre drsquoeau distilleacutee Les solutions standard pour lrsquoeacutetablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage ont

eacuteteacute obtenues par des dilutions successives jusqursquoaux concentrations deacutesireacutees

Le suivi de lrsquoeacutevolution de la concentration du BM au cours du temps est fait par

spectrophotomeacutetrie UVVisible

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible

La spectrophotomeacutetrie est une technique analytique quantitative qui consiste agrave mesurer

lrsquoabsorbance ou la densiteacute optique drsquoune substance chimique donneacutee en solution La meacutethode

repose sur la loi de Beer-Lambert qui eacutenonce

Lorsqursquoune substance absorbe de la lumiegravere dans le domaine de lrsquoultra-violet et du

visible lrsquoeacutenergie absorbeacutee provoque des perturbations dans la structure eacutelectronique des

atomes ions ou moleacutecules Un ou plusieurs eacutelectrons utilisent cette eacutenergie pour sauter

drsquoun niveau de basse eacutenergie agrave un niveau de plus haute eacutenergie Ces transitions

eacutelectroniques se font dans le domaine de 350 agrave 800nm pour le visible et entre 200 agrave 350

nm pour lrsquoultra-violet

Un milieu homogegravene traverseacute par la lumiegravere absorbe une partie de celle-ci les

diffeacuterentes radiations constituant le faisceau incident sont diffeacuteremment absorbeacutees

suivant leur longueur drsquoonde et les radiations transmisses sont alors caracteacuteristiques du

milieu

Soit un rayon lumineux monochromatique de longueur drsquoonde λ traversant un milieu

homogegravene drsquoeacutepaisseur l Le taux de deacutecroissance de lrsquointensiteacute lumineuse en fonction de

lrsquoeacutepaisseur du milieu absorbant est donneacute par la loi de Lambert

A= log (

) (Eq4)

Avec

I0 intensiteacute initiale de la lumiegravere traverseacutee

I intensiteacute de la lumiegravere transmise

A absorbance

La spectrophotomeacutetrie UVVisible permet de suivre la deacutecoloration des solutions gracircce aux

absorbances qui eacutevoluent en fonction du temps de traitement Elle permet eacutegalement de suivre

lrsquoeacutevolution des ions gracircce agrave leurs diffeacuterents dosages

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3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM

a- Deacutetermination des longueurs drsquoondes drsquoabsorption maximale

Le spectre drsquoabsorbance du BM a eacuteteacute balayeacute entre 200 et 800 nm afin de suivre quantitativement

sa concentration Les pics de notre colorant sont obtenus agrave 661nm et 291nm (fig 8) Les

diffeacuterentes absorbances ont eacuteteacute deacutetermineacutees et une courbe deacutetalonnage a eacuteteacute traceacutee en utilisant

des solutions standard variant de 0 agrave 8 mg L-1

pour les deux longueurs drsquoondes

Figure 8 Spectre du Bleu de meacutethylegravene

b- Etablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage du BM

La concentration [Fx] des solutions eacutetalon varie de 1 agrave 8 mg L-1

Les volumes agrave preacutelever sont

calculeacutes en appliquant lrsquoeacutequation suivante

(Eq5)

Avec [Fx] - Concentration de lrsquoeacutetalon

Vx - Volume drsquoeacutetalon agrave preacuteparer

[M] - Concentration de la solution megravere

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene

Solution Zero 1 2 3 4 5

Concentration [mgL-1] 0 2 3 4 6 8

Volume neacutecessaire [mL] 0 02 03 04 06 08

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Pour tracer la courbe drsquoeacutetalonnage nous avons introduit les diffeacuterents volumes dans des fioles de

100 mL ensuite nous avons compleacuteteacute agrave lrsquoeau distilleacutee jusqursquoau trait de jauge On a mis la

spectrophotomeacutetrie en marche et proceacutedeacute agrave la lecture du blanc puis successivement des solutions

eacutetalons

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm)

Solution 0 1 2 3 4 5

Con (mg L-1

) 0 2 3 4 6 8

Absorbance (nm) pour λ = 661 0 085 13 18 23 3

Absorbance (nm) pour λ = 291 0 04 06 09 12 17

Figure 9 Courbe deacutetalonnage (λmax = 661 nm et λmax = 291 nm) variation de labsorbance en

fonction de la concentration du BM

4- Preacuteparation des solutions de fer

a- Solution de fer industriel

Le reacuteactif utiliseacute est le sulfate ferreux ou sulfate de fer (II) drsquoune poudre blanchacirctre agrave lrsquoeacutetat

anhydre dont la formule est FeSO4 7H2O Pour la preacuteparation du Fe2+

de concentration 3 g L-1

nous avons verseacute 3 g du sulfate ferreux anhydre dans une fiole de 1 L contenant 500 mL drsquoeau

milli-Q puis ajouter une (1) goutte drsquoacide sulfurique (H2SO4) concentreacute agrave 98 dans la fiole et

laisser agiter pendant 30 secondes Apregraves compleacuteter jusqursquoau trait de jauge et placer sous

agitation durant 1 h jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune solution de couleur rouge brique

b- Solution de fer de la lateacuterite

Pour la deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite les solutions de la lateacuterite

ont eacuteteacute preacutepareacutees de la maniegravere suivante

Pour le lit de lateacuterite nous avons preacuteleveacute

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

Compleacuteter drsquoeau milli-Q (eau ultra pure) jusqursquoau trait de jauge

y = 03938x

Rsup2 = 09869

0

05

1

15

2

25

3

35

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

661nm

y = 02094x

Rsup2 = 09972

0

02

04

06

08

1

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

291 nm

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Ajuster par la suite le pH de la solution agrave 3 avec lrsquoacide sulfurique (concentreacute agrave

95-97)

Figure 8 Lit de lateacuterite

Pour la lateacuterite attaqueacute par de lrsquoacide concentreacute pour lrsquoextraction du Fer

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

30 m L drsquoacide (HClHNO3H2SO4)

Ajouter avec prudence 20 mL drsquoeau milli-Q pour avoir 50 mL de solution

Preacutelever le surnageant pour le traitement du bleu de meacutethylegravene

Figure 9 Attaque acide de la lateacuterite

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton

Lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM srsquoest faite par trois diffeacuterentes eacutetapes

Une solution du BM est soumise agrave un traitement par proceacutedeacute Fenton en utilisant du H2O2

et le fer industriel (Fe2+

) ajustement du pH agrave 3 (Fig12)

Figure 10 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel

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Pour la deacutegradation du BM en utilisant la lateacuterite deux eacutetapes ont eacuteteacute imageacutes lrsquoune par

un lit de lateacuterite et lrsquoautre par la lateacuterite attaqueacutee par trois types drsquoacides (Fig13)

Figure 11 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM

Nous avons deacutetermineacute la cineacutetique de deacutecoloration agrave partir des valeurs des absorbances trouveacutees

agrave 661nm La deacutetermination de la constante de vitesse kapp permet de donner un ordre de

grandeur de la vitesse Expeacuterimentalement on peut montrer que la vitesse de reacuteaction bilan du

BM srsquoeacutecrit de la maniegravere suivante

Bleu de meacutethylegravene + OHbull rarr sous-produit du bleu de meacutethylegravene (Eq6)

Pour la cineacutetique drsquoordre 1

V = -

= kapp (Eq7) reacuteaction de pseudo ordre un laquo1 raquo

Avec

V vitesse de deacutegradation catalytique (mg L-1

h-1

)

kapp constante apparente de deacutegradation (min ou h-1

)

[BM] concentration du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

t temps de reacuteaction (h)

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

Ln (

) = kapp t (Eq8)

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Figure 12 Reacuteaction de pseudo ordre 1

Pour la cineacutetique drsquoordre 2

V = -

= kapp (Eq9) reacuteaction de pseudo ordre un laquo2 raquo

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

int

= - int

(Eq10)

(Eq11)

Figure 13 Reacuteaction de pseudo ordre 2

Pour le calcul des rendements ou taux drsquoabattement (τ) agrave lrsquoissu des eacutetudes cineacutetiques de

deacutegradation du BM nous avons utiliseacute cette formule ci-dessous

τ =

(Eq12)

Rsup2 = 09863

-070

-060

-050

-040

-030

-020

-010

000

0 2 4 6 8

ln (C

Co)

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 1

Rsup2 = 09499

0

0005

001

0015

002

0025

003

0 2 4 6 8

1C

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 2

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CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL

Tous les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes agrave tempeacuterature ambiante (25degC) Les concentrations du bleu de

meacutethylegravene choisies pour lrsquoexpeacuterience sont 10 et 40 mg L-1

1- Effet de pH du milieu

Etant donneacute que le proceacutedeacute Fenton est baseacute sur lrsquoeffet catalytique du Fer et plus preacuteciseacutement

du Fe2+

il nous est paru neacutecessaire de commencer lrsquoeacutetude par la deacutetermination du pH

optimale pour le proceacutedeacute Lrsquoajustement du pH du milieu srsquoeffectue agrave lrsquoaide drsquoune solution

drsquoacide sulfurique Ce choix est justifieacute par lrsquoexistence deacutejagrave au sein de la solution des ions

2-

suite agrave lrsquoaddition du Fe2+

sous la forme de FeSO4 7H2O

Les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes avec une concentration en BM de 20 mg L-1

un rapport R = 15

correspondant agrave des concentrations de 6 et 040 mg L-1

en H2O2 et Fe2+

respectivement et

pour des valeurs de pH variant entre 3 et 5 Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacute sur figure 16

Figure 14 Effet du pH

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t = 20

min)

pH Rendement ()

3 96

35 5245

4 6156

5 5509

000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 5 10 15 20

[BM

] m

gL

ˉˡ

temps de deacutegradation (mn)

pH = 3

pH = 35

pH = 4

pH = 5

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Drsquoapregraves le tableau preacutecegravedent nous observons que le pH favorable pour la deacutegradation du BM

par le proceacutedeacute Fenton est pH = 3 avec un taux de deacutegradation de 96 au bout de 20 min

De nombreux travaux sur les proceacutedeacutes Fenton ont montreacute que le pH 3 semble ecirctre la meilleure

valeur pour une deacutegradation optimale des polluants organique ((Tang and Huang 1996 Kuo

and Lo 1999) Pour la suite du travail nous adopterons deacutesormais cette valeur de pH

2- Effet de la concentration en BM

Nous avons traiteacute agrave un pH = 3 et agrave 25degC deux solutions du BM de concentration diffeacuterentes

(10 mg L-1

et 40 mg L-1

) en fixant les concentrations de Fe2+

agrave 134 mg L-1

et celle du H2O2 agrave

6 mg L-1

(figure 17)

Figure 15Effet de la concentration du BM

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM

[BM] mg L-1

Rendement () Temps de

deacutecoloration (min)

10 9738 8

40 9565 14

Nous avons constateacute que la concentration du BM de concentration 10 mg L-1

srsquoest deacutegradeacutee

rapidement et complegravetement avec un temps de deacutecoloration (td) de 8 min tandis que celle de

40 mg L-1

est plus lente avec un td de 14 min Donc plus la solution est concentreacutee plus le

temps de deacutegradation est important

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La cineacutetique de deacutecoloration du colorant BM de concentrations respectives de 10 et

40 mg L-1

obeacuteit agrave la loi cineacutetique de pseudo premier

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM

Solution kapp

BM = 10 mg L-1

028

BM = 40 mg L-1

010

La deacutetermination de la constante apparente de vitesse montre eacutegalement que cette derniegravere

varie en fonction de la concentration en BM En effet la valeur de kapp est deux fois plus

supeacuterieure pour une concentration en BM de 10 mg L-1

que pour celle de 40 mg L-1

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene

Figure 16 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel

Une solution du bleu de meacutethylegravene de concentration 40 mg L-1

est soumise agrave un traitement par

proceacutedeacute Fenton en utilisant 6 mg L-1

de H2O2 et le fer industriel agrave une concentration de 134

mg L-1

Des preacutelegravevements ont eacuteteacute effectueacutes agrave des intervalles reacuteguliers de temps afin de suivre

lrsquoeacutevolution de la deacutegradation par Spectrophotomeacutetrie Lrsquoanalyse spectromeacutetrique des

eacutechantillons est effectueacutee par un balayage du spectre UV-Visible entre 200 et 800 nm (figure

18)

Nous remarquons que plus le temps de traitement est important plus le pic drsquoabsorbance dans

le visible agrave 661 diminue drsquointensiteacute pour srsquoannuler complegravetement agrave partir du 30 min Par

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contre le pic dans le domaine UV agrave 291 il diminue certes drsquointensiteacute mais ne srsquoannule pas

mecircme apregraves 45 min de traitement

Ce reacutesultat nous permet de conclure que le proceacutedeacute Fenton permet une deacutegradation partielle

de la moleacutecule du BM au bout de notre temps de reacuteaction Drsquoapregraves Cao et al (1999) les pics

appartenant aux domaine drsquoUV entre 200 et 260 sont relatives au cycle benzegravene mono ou

poly substitueacute Ceci revient agrave dire que la deacutegradation du BM passe par deux eacutetapes

Deacutegradation du groupement fonctionnel de la moleacutecule du BM (λ = 661 nm) crsquoest agrave

dire que la rupture de lrsquoheacuteteacuterocycle central entraine la perte des conjugaisons des deux

lateacuteraux ce qui explique la deacutecoloration plus ou moins rapide de la solution

La deacutegradation des cycles benzegravene persistant en solution est beaucoup plus lente

puisque lrsquointensiteacute de ce pic (λ = 291 nm) diminue mais ne srsquoannule pas alors que la

solution est claire On peut dire eacutegalement que cette deacutegradation des cycles benzegravene

persistants est due au temps de reacuteaction trop court

4- Effet de la concentration du H2O2

a) En Absence de Fer

En utilisant deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

nous

avons varieacute les concentrations du H2O2 de 1 agrave 6 mg L-1

en absence du fer agrave un pH = 3 et agrave

tempeacuterature ambiante Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacutes sur la figure ci-dessous

Figure 19 Deacutegradation du BM par H2O2 seul

Quel que soit la concentration du BM 10 mg L-1

ou 40 mg L-1

lrsquoeffet du H2O2 sur la

deacutegradation du colorant est pratiquement nulle En effet apregraves un temps arbitraire de 20 min

de traitement on remarque un taux drsquoabattement de 17 pour la concentration en BM de 10

mg L-1

alors qursquoil est nul pour une concentration initiale de 40 mg L-1

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Il est donc clair que le pouvoir oxydant du H2O2 nrsquoest pas assez suffisant pour pouvoir

deacutegrader le BM En effet le H2O2 agrave un pouvoir oxydant de Edeg = 176 VENH par contre

celui drsquoOHbull est de 28 VENH

La mecircme conclusion a eacuteteacute observeacute par Naima (2008) sur lrsquoutilisation du H2O2 seul dans le

traitement des huiles drsquoolive (margines) Le reacutesultat a donneacute que le H2O2 seul pour des valeurs

de concentrations 3 et 20 g L-1

ne peut eacuteliminer totalement la margine de lrsquoeffluents drsquohuilerie

drsquoolive de concentration initiale de 1 g L-1

la moyenne de taux drsquoabattement obtenue ne

deacutepasse pas la valeur de 32 Yameogo (2013) a remarqueacute eacutegalement que lrsquoutilisation du

H2O2 seul nrsquoa eu aucune influence sur la deacutegradation de lrsquoamarante par proceacutedeacute photo-fenton

et heacuteteacuterogegravene avec charbon actif la concentration nrsquoa pas varieacute tout au long du traitement

b) En preacutesence du Fer

Lrsquoefficaciteacute du traitement est donc tributaire de lrsquoexistence de deux entiteacutes H2O2 et Fe2+

En

effet Bach et al (2010) ont utiliseacute le Fe2+

pour traiter lrsquoeau industrielle ils ont trouveacute que le

fer a permis de mineacuteraliser 95 drsquoeacutethylegravene-glycol et 85 de pheacutenol dans une eau industrielle

par proceacutedeacute Fenton Marciel et al (2004) ont remarqueacute que lrsquoapport de sulfate ferreux a

ameacutelioreacute la reacuteduction du COT de 45 agrave 55 lors drsquoune eacutetude drsquooxydation drsquoune solution

pheacutenolique par le proceacutedeacute photo-fenton

Pour la suite Nous avons maintenu la mecircme variation des concentrations en H2O2 (de 1 agrave 6

mg L-1

) mais en additionnant le fer industriel (sulfate ferreux) avec une concentration de 134

mg L-1

pour deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

agrave

tempeacuterature ambiante et agrave un pH eacutegale agrave 3 Ceci revient qursquoen solution le rapport R =

varie de 075 15 25 5 (Figure 20)

Figure 17 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Quel que soit la concentration initiale en BM ou en H2O2 lrsquoaddition du fer a entraineacute

lrsquoapparition de la deacutegradation graduelle de la coloration

Plus la concentration en H2O2 est importante plus la vitesse de deacutegradation augmente

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

[BM] mg L-1

10 40

Variation de H2O2 Rendement () Rendement ()

1 6730 5508

2 8522 7029

3 9769 9632

6 9954 9860

La figure 20 montre que taux de deacutecoloration en preacutesence du catalyseur devient plus

important avec lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 Il passe apregraves 60 min de

traitement de 6730 pour une concentration en H2O2 de 1 mg L-1

agrave 9954 pour celle de 6

mg L-1

Ceci est parfaitement preacutevisible puisque lrsquoexistence de lrsquoHydroxyde radicalaire principale

responsable de la deacutegradation est tributaire de la concentration initial en H2O2 (Eq2 sect 11)

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence de

la variation du H2O2

[BM] = 10 mg L-1

[BM] = 40 mg L-1

Ordre de la

reacuteaction k k

075 00036 00005 Ordre 2

15 00092 00007

25 0067 0065 Ordre 1

5 02879 0103

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Nous remarquons que lorsque la concentration en H2O2 augmente lrsquoordre partiel de la reacuteaction

change En effet pour des concentrations en H2O2 lt 3 mg L-1

la reacuteaction de deacutegradation est de

lrsquoordre 2 alors que pour des concentrations plus eacuteleveacutees elle est drsquoordre 1

Nadjette (2009) a montreacute que la deacutegradation du Meacutethyle Orange en preacutesence de dioxyde de

titane (TiO2) suit une cineacutetique drsquoordre 1 Redha (2011) a trouveacute eacutegalement lrsquoordre partiel de

la reacuteaction est eacutegal agrave 1 lors de son eacutetude sur le traitement du Rouge drsquoalizarine S et lrsquoOrange

G par proceacutedeacute drsquooxydation avanceacutee (POA)

Bennani et al (2010) ont eacutelimineacute le bleu de meacutethylegravene en solution aqueuse par lrsquoargile de Safi

(Maroc) Les reacutesultats ont montreacute que le pseudo-second ordre peut deacutecrire le comportement

cineacutetique de lrsquoadsorption du bleu de meacutethylegravene sur lrsquoargile brute et celle purifieacutee Des reacutesultats

similaires ont eacuteteacute observeacutes Gurses et al (2006) et Tsai et al (2007)

Les valeurs de kapp obtenus pour une solution de concentration initiale en BM de 10 mg L-1

sont supeacuterieures agrave celles obtenues pour la solution de 40 mg L-1

et ce lagrave quel que soit lrsquoordre

de la reacuteaction ou la concentration en H2O2 en solution Ces valeurs augmentent avec

lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 et passe de 36 10-3

agrave 02879 et de 05 10-3

agrave 0103

pour une les solutions en BM de 10 et 40 mg L-1

respectivement

5- Effet de la concentration en fer

Pour la suite nous eacutetudierons lrsquoeffet de la concentration en Fer sur lrsquoefficaciteacute du traitement

du BM pour deux solutions de concentration 10 et 40 mg L-1

en BM Les essais ont eacuteteacute

reacutealiseacutes en maintenant constante la concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

et en faisant varieacute la

concentration en Fe2+

de 02 agrave 134 mg L-1

correspondant agrave une variation du rapport R =

de 5 agrave 30

Figure 18 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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En absence de fer aucune baisse dans la concentration en BM nrsquoest observeacutee Pourtant degraves

lrsquoajout drsquoune faible concentration (02 mg L-1

) entraine une diminution progressive de la

couleur au cours du temps Il est eacutegalement observeacute que quel que soit la concentration initiale

en BM le temps de deacutegradation (td) du colorant est inversement proportionnel agrave la

concentration en Fe2+

en solution En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

td

passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 alors que pour une concentration

de 40 mg L-1

il passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig22)

Figure 19 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer industriel

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction du rapport R

[BM] = 10 mg L

-1 [BM] = 40 mg L

-1

kapp kapp

OR

DR

E

1

par

rapport

agrave B

M 30 00027 00125

15 00061 00321

10 0026 00496

5 02879 0103

Nous remarquons que lrsquoeffet de lrsquoaugmentation de la concentration en Fe2+

en solution sur la

cineacutetique de deacutegradation du BM est beaucoup plus important pour des faibles concentrations

(10 mg L-1

) que pour les fortes concentrations (40 mg L-1

) En effet pour une variation de R de

30 agrave 10 kapp eacutevolue de 27 10-4

min agrave 26 10-2

min soit un facteur 100 pour une concentration

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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en BM de 10 mg L-1

alors qursquoelle eacutevolue de 00125 agrave 005 soit un facteur 4 pour une

concentration en BM de 40 mg L-1

Drsquoapregraves ces reacutesultats on peut conclure drsquoune faccedilon geacuteneacuterale que la preacutesence drsquoune forte

concentration du catalyseur favorise la formation des radicaux OHbull principaux responsable de

la deacutegradation du BM Pourtant il a eacuteteacute montreacute dans plusieurs eacutetudes (Brillas et al 2004

Diagne 2006 Oturan et al 1999) que le Fe2+

ajouteacute agrave forte dose entraine une perte du

rendement du proceacutedeacute puisque le Fe2+

en plus de son rocircle de catalyseur peut jouer un rocircle de

destructeur crsquoest-agrave-dire qursquoil piegravege les OHbull produits

Lrsquoeacutelimination des polluants reacutefractaires est donc tributaire de la preacutesence des ions meacutetallique

sauf qursquoil neacutecessite un apport important en Fe2+

ce qui entraine un coucirct (Bouafia 2010)

Crsquoest pour cette raison que nous avons opteacute pour lrsquoutilisation de la lateacuterite en faisant une

attaque acide afin drsquoextraire le fer pour traiter le BM

II- UTILISATION DE LATERITE

Les eacutechantillons de la lateacuterite choisie se preacutesentent tous sous forme de poudres de couleur

ocre Lrsquoapplication drsquoun proceacutedeacute qui neacutecessite des quantiteacutes preacutecis de fer est un peu difficile

pour un pays dont le taux drsquoalphabeacutetisation est seulement de 218 et un seuil de pauvreteacute

(PIB par habitant est eacutegal agrave 1500 $) En effet lrsquoajout drsquoune forte concentration du catalyseur

dans la solution agrave traiter peut diminuer lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute Fenton Lrsquoanalyse DRX a

montreacute que la lateacuterite existante au Burkina-Faso est riche en fer En effet pour la reacutegion de

Dano le pourcentage en fer atteint 44 en masse alors que pour Koubri il est de 31

La premiegravere question auquel on srsquoeacutetait poseacute est si le fer eacutetait facilement ex tractable ou bien il

neacutecessite une mineacuteralisation preacutealable

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

La figure ci-dessous montre lrsquoallure de lrsquoeffet de lit de lateacuterite de Dano drsquoune part et celui de

Koubri drsquoautre avec ajustement de pH dans une solution du BM de concentration 40 mg L-1

en maintenant ma concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 20 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

Nous observons que la solution du BM en contact avec le lit de Dano se deacutegrade plus vite que

celle en contact avec le lit de lateacuterite de Koubri Cela est ducirc au fait que la lateacuterite de Dano

libegravere plus facilement sa phase ferrique par rapport agrave celle de Koubri

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri)

Dans ce cadre nous avons compareacute lrsquoeffet drsquoun lit de lateacuterite (ajustement du pH) et une lateacuterite

attaqueacutee avec du H2SO4 sur une solution du BM agrave 40 mg L-1

La concentration en H2O2 eacutetant

maintenue agrave 6 mg L-1

(figure 24)

Figure 21 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri

La figure 24 montre que la quantiteacute de colorant deacutegradeacutee deacutecroit plus rapidement dans le cas

de lrsquoattaque acide Ce comportement est ducirc qursquoelle libegravere plus de Fe2+

en solution Le Fe2+

en

contact avec le H2O2 forme les radicaux hydroxyles (OHbull) pour le traitement des polluants

organiques par le proceacutedeacute Fenton

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

[BM] mg

L-1

Dano Koubri

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Rendement

()

4394 9991 364 9685

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Le taux drsquoabattement du BM par lrsquoattaque acide sur la lateacuterite de Dano est de 9991 apregraves

un temps de manipulation de 5 heures alors que celui du lit de lateacuterite (ajustement du pH) est

de 4394 pour le mecircme intervalle de temps

Cette diffeacuterence de rendement entre les lits de deux lateacuterites (Dano 4394 et Koubri

364) est due que la lateacuterite de Dano libegravere plus facilement sa phase ferrique que celle de

Koubri Etant donneacute que les phases ferriques sont les mecircmes pour les deux lateacuterites on

pourrait conclure que la diffeacuterence provient aussi du fait que la lateacuterite de Dano est beaucoup

plus riche en fer Ce qui facilite son extraction et que pour Koubri la phase Anastase en TiO2

pourrait gecircner son extraction

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et

Koubri)

Nous avons compareacute lrsquoefficaciteacute de 3 acides (sulfurique laquoH2SO4raquo chlorhydrique laquoHCl raquo et

nitrique laquoHNO3raquo) pour lrsquoextraction du fer des lateacuterites La concentration de la solution du

BM utiliseacutee est de 40 mg L-1

la concentration en H2O2 est toujours maintenue agrave 6 mg L-1

Figure 22 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri

La figure 25 montre que la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est la plus efficace pour la

deacutecoloration de la solution En effet Pour la lateacuterite de Dano le td est de 40 mn pour le H2SO4

et drsquoune heure (1h) et 1h30 pour le HNO3 et le HCl respectivement Pour celle de Koubri le

td de la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est drsquoune heure (1h) tandis que pour des deux autres

acides HCl et HNO3 les td sont respectivement de deux (2h) et quatre heure (4h)

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri

[BM] mg L-1

Dano Koubri

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Rendement () 9991 9890 9797 9685 9593 9223

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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On peut deacuteduire que lrsquoefficaciteacute de lrsquoattaque acide par le H2SO4 utiliseacute pour extraire le fer de

la lateacuterite est due au caractegravere diacide (H2SO4)

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri)

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig26)

Figure 23 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer extrait de la lateacuterite

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction des attaques acides (Dano et Koubri)

Attaque acide Dano Koubri

kapp

OR

DR

E 1 par

rapport

agrave B

M

HCl 00127 00094

HNO3 00131 00096

H2SO4 00142 00194

Nous remarquons que lrsquoutilisation de la lateacuterite de Dano ne change pas lrsquoordre apparent de la

vitesse de deacutegradation qui reste eacutegale 1 La valeur de kapp varie de 127 10-2

min-1

pour HCl et

142 10-2

min pour H2SO4 ce qui confirme bien le reacutesultat obtenu pour la figure 19

Pour la lateacuterite de Koubri la valeur de kapp varie de 910-3

min-1

pour HCl et 194 10-2

min-1

pour H2SO4

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer

de la lateacuterite (Dano et Koubri)

Sur la figure 27 nous avons superposeacute les reacutesultats obtenus pour la deacutegradation drsquoune solution

de 40 mg L-1

du BM en preacutesence de 6 mg L-1

de H2O2 avec lrsquoajout de Fer extrait de la lateacuterite

de Dano et Koubri drsquoune part et le fer industriel drsquoautre part

Figure 24 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel

Il est montreacute que le taux de deacutegradation obtenu est perceptiblement le mecircme seule reste un

handicap le temps de traitement 20 min pour le fer industriel 40 min pour le fer extrait de la

lateacuterite de Dano et 1h pour celui de Koubri

Le traitement par la lateacuterite de Dano est efficace et preacutesente donc un avantage certains

puisqursquoil permet de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du BM par rapport agrave celui par la lateacuterite de

Koubri qui deacutegrade seulement que 9796

Beaucoup drsquoeacutetudes ont eacuteteacute faites sur lrsquoeacutelimination du bleu de meacutethylegravene En utilisant le

charbon actif commercial CECA40 de granulomeacutetrie infeacuterieure agrave 125 μm Houas et al (1999)

ont eacutelimineacute 93 du BM dans lrsquoeau pour un temps de contact de 5heures Kumar and

Tamilarasan (2013) ont utiliseacute 01g de charbon actif agrave base des graines drsquoacacia pour eacuteliminer

9312 de BM Bennani et al (2010) ont eacutetudieacute lrsquoadsorption BM sur lrsquoargile brute et

purifieacutee Ils ont montreacute que le processus drsquoadsorption est tregraves rapide et que 95 de la quantiteacute

adsorbeacutee est atteinte pendant les dix premiegraveres minutes Talidi (2006) a utiliseacute la pyrophyllite

(argile) il a montreacute que lrsquoadsorption du BM est de lrsquoordre de 7845 6658 et 5471

respectivement pour les concentrations initiales de 75 225 et 374ppm Sassi and Bennour

(2011) ont utiliseacute le traitement biologique par Biosorption du BM par Pseudomonas

Aeruginosa isoleacute agrave partir drsquoune boue de laiterie a montreacute un taux drsquoeacutelimination du BM variant

de 45 agrave 55 aux valeurs de pH = 7 et 8

Nous pouvons dire que le traitement par la lateacuterite a permis de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du

BM par rapport aux eacutetudes faites en utilisant drsquoautres mateacuteriaux et que la lateacuterite recouvre

000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 100 200 300

[BM

] mg

Lˉˡ

temps de traitement (mn)

Attaque acide

(Dano)

Attaque acide

(Koubri)

Fer industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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33 du continent mondial ce qui pourrait rendre son utilisation moins chegravere par rapport aux

autres traitements (Fer industriel Charbon actifhellip) puis qursquoon nrsquoa pas fait une eacutetude

eacuteconomique pour voir son cout

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CONCLUSION

Ce travail qui a porteacute sur la deacutegradation du colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute

Fenton en comparant les performances obtenues entre lrsquoutilisation du fer industriel (Fenton

classique) et le fer extrait de la lateacuterite ont montreacute que

Pour lrsquoutilisation du fer industriel la deacutegradation du BM est obtenue agrave une valeur de 3 pour

une variation du rapport des concentrations R de 15 agrave 5 et que lrsquoutilisation du peroxyde (H2O2)

seul ne peut pas deacutegrader le BM car son pouvoir oxydant nrsquoest pas assez suffisant pour

pouvoir deacutegrader le colorant Lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute est donc intimement lieacutee agrave lrsquoexistence de

deux reacuteactifs En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

le temps de deacutecoloration

(td) passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 et pour celle de 40 mg L-1

il

passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R Le traitement du BM par proceacutedeacute

fenton est donc tributaire de lrsquoutilisation de Fe2+

Afin de minimiser le coucirct du traitement et surtout voir lrsquoefficaciteacute du traitement en utilisant la

lateacuterite nous avons essayeacute de remplacer le fer industriel par le fer extrait de la lateacuterite

provenant de deux reacutegions du Burkina-Faso Dano et Koubri

Les reacutesultats obtenus par lrsquoutilisation du fer de la lateacuterite sont inteacuteressants pour des eacutetudes sur

drsquoautres colorants En effet le lit de lateacuterite avec ajustement du pH a permis une deacutegradation du

colorant de 44 pour un temps de traitement de 5h tandis que le traitement par lrsquoattaque acide

lui a deacutegradeacute le BM de pregraves que 100 En effet les taux drsquoabattements pour lrsquoattaque acide de

la lateacuterite de Dano et de Koubri sont respectivement de 99 au bout de 40 min et de 97 pour

une manipulation drsquoenviron 1 h

Cette eacutetude sur la deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en utilisation le fer de la lateacuterite

nous a permis de montrer qursquoil est possible de simplifier de point de vue utilisation et coucirct le

proceacutedeacute Fenton pour les colorants syntheacutetiques drsquoeffluents industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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PERSPECTIVES

En perspectives il serait inteacuteressant

De faire une eacutetude approfondi pour voir le cout du traitement du proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite

Essayer de traiter drsquoautres familles de colorants en utilisant la lateacuterite attaqueacutee par

lrsquoacide pour voir lrsquoefficaciteacute du systegraveme

Appliquer le traitement sur des effluents textiles reacuteels

Imaginer un systegraveme de traitement agrave grand eacutechelle

Essayer le traitement sur drsquoautres polluants reacutecalcitrant PCB pheacutenol pesticides

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Page 9: Dégradation des effluents textiles (cas d’un colorant

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page viii

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique 10

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes 14

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 16

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

17

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene 19

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm) 20

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t =

20 min) 24

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM 25

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM 26

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2 29

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence

de la variation du H2O2 29

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du

BM en fonction du rapport R 31

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite 33

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri 34

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du

BM en fonction des attaques acides (Dano et Koubri) 35

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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LISTE DES ABREVIATIONS

A Absorbance de la lumiegravere (nm)

BM Bleu de meacutethylegravene

C Concentration massique ou molaire en soluteacute (mg L-1

ou Mmol L-1

)

C0 Concentration initiale du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

CA Code Article

CCI Chambre de Commerce et drsquoIndustrie

DBO Demande Biologique en Oxygegravene

DCO Demande Chimique en Oxygegravene

ENH Electrode Normal agrave Hydrogegravene

e- Electron

Fe2+

Fer ferreux

Fe3+

Fer ferrique

H2O2 peroxyde drsquohydrogegravene

H2SO4 Acide sulfurique

HCl Acide chlorhydrique

HNO3 Acide nitrique

I Intensiteacute lumineuse traverseacutee

I0 Intensiteacute initiale lumineuse

kapp constante de vitesse apparente

LEDES Laboratoire Eau Deacutepollution Ecosystegraveme et Santeacute

mL Milli litre

min Minute

nm Nanomegravetre

MΩ Meacutega ohm

OHbull Radicaux hydroxyles

POA Proceacutedeacute drsquoOxydation Avanceacutee

V Vitesse cineacutetique de deacutegradation

UV Ultra-violet

microScm Micro-siemens par cm

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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λ Longueur drsquoonde (nm)

α Ordre partiel

τ Rendement ou taux de deacutegradation ()

td Temps de deacutecoloration (min)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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INTRODUCTION GENERALE

Quel que soit le deacuteveloppement de la socieacuteteacute lrsquoeau reste un facteur primordial dans toutes les

couches socio-eacuteconomiques Malheureusement lrsquoeau douce disponible pour les humains et

aussi pour le reste de lrsquoeacutecosystegraveme repreacutesente moins de 1 du volume total drsquoeau sur terre et

la qualiteacute de la partie disponible et potentiellement utilisable par lrsquohomme nrsquoest que de 01

et nrsquoa cesseacute de se deacutegrader et parfois dlsquoune maniegravere irreacuteversible Selon lrsquoONG Water Aiumld 34

millions de personnes au Burkina-Faso nrsquoont pas accegraves agrave lrsquoeau potable

Lrsquoindustrie du textile est lrsquoune des industries la plus consommatrice drsquoeau (par exemple pour

teindre quelques 30 milliards de kilo de tissusan il faut consommer 4 milliards de tonnes

drsquoeauan) et geacutenegravere des rejets constitueacutes de moleacutecules organiques reacutecalcitrantes preacutesentant

geacuteneacuteralement des problegravemes de couleur de concentrations eacuteleveacutees de DBO de DCO de

matiegraveres en suspension ainsi que de toxiciteacute et de conductiviteacute eacuteleveacutees Selon la Banque

mondiale lrsquoindustrie textile est responsable de 17 agrave 20 de la pollution de leau dans le

monde En 2009 les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels La production mondiale des colorants est estimeacutee agrave plus de 800000

tonnesan (Mansour et al 2010) Drsquoapregraves la Chambre de Commerce et drsquoIndustrie du Burkina

(CCI) la quantiteacute de colorants importeacutee au Burkina-Faso est de 79 tonnes en 2012

Ces colorants dans lrsquoensemble sont toxiques de par leur composition et leurs modes

drsquoutilisation Ils sont susceptibles drsquoinduire chez lrsquoHomme des dermatoses voire des cancers

de la peau tant pour les personnes travaillant agrave la teinture des fibres textiles que via la

transpiration pour les personnes portant les vecirctements De plus les effluents non traiteacutes de ces

colorants sont responsable apregraves rejets de la deacutegradation de lrsquoenvironnement (des eaux de

surface et souterraines des sols voire de la veacutegeacutetation) Pour remeacutedier agrave tous ces impacts

neacutegatifs un traitement par deacutecoloration de ces effluents srsquoimpose avant tout rejet dans

lrsquoenvironnement

La deacutecoloration des rejets de lrsquoindustrie textile est souvent difficile car les colorants

organiques ne sont pas deacutegradeacutes par voies conventionnels En effet ces produits sont stables

aux agents oxydants aux rayonnements et reacutesistent fortement agrave la digestion aeacuterobie Pour cela

plusieurs types de traitement ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes et testeacutes notamment lrsquoosmose inverse la

preacutecipitationcoagulation des matiegraveres colorantes lrsquoadsorption sur charbon actif la filtration

membranaire (Barclay and Buckley2000) Cependant ces proceacutedeacutes classiques de traitement

ne reacutepondent pas agrave cette attente car ils sont pour la plupart non destructifs et tregraves couteux

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour reacutepondre agrave cette faille de nouveaux proceacutedeacutes ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes dont les proceacutedeacutes

drsquooxydation avanceacute (POA) qui sont des proceacutedeacutes de traitement oxydatif subdiviseacutes en quatre

groupes(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon

puisse utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et son

potentiel normal drsquooxydoreacuteduction est de 28VENH (Parsons 2004)

Le proceacutedeacute fenton un des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee est une technologie eacuteprouveacutee et

efficace pour la destruction drsquoun grand nombre de polluant organique Cette technique

consiste agrave initier des reacuteactions de deacutecomposition du peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) par des

sels meacutetalliques en vue de geacuteneacuterer des espegraveces radicalaires (OHbull HO2

bull etc) tregraves reacuteactives

Son inconveacutenient majeur est qursquoil neacutecessite une grande quantiteacute de produits chimiques en

phase homogegravene tels que le fer (Fe2+

) qui geacutenegravere un cout suppleacutementaire et conduit agrave la

geacuteneacuteration de grandes quantiteacutes de boues ou agrave la formation de deacuteriveacutes pour le traitement

Lrsquoobjectif de cet meacutemoire est drsquoeacutetudier la deacutegradation du bleu de meacutethylegravene modegravele de

colorant syntheacutetique textile par le proceacutedeacute fenton en remplaccedilant le fer industriel (Fe3+

Fe2+

)

par le fer extrait de la lateacuterite locale en vue de reacuteduire le cout des traitements des effluents

textiles Si cette expeacuterience au laboratoire donne des reacutesultats satisfaisants elle pourrait ecirctre

extrapoleacutee agrave grande eacutechelle et ecirctre une des solutions pour le traitement de rejets textiles par

des mateacuteriaux locaux en Afrique puisque la lateacuterite recouvre environ 33 de continent

africain et est tregraves abondante au Burkina-Faso

Apregraves une introduction geacuteneacuterale ce meacutemoire sera structureacute en trois (03) chapitres

Le premier chapitre sera consacreacute agrave une eacutetude bibliographique sur les colorants les

meacutethodes de traitements des effluents textiles et la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Le second chapitre abordera la partie mateacuterielles et meacutethodes Nous deacutecrirons les

protocoles expeacuterimentaux le mateacuteriel et les reacuteactifs employeacutes ainsi que les meacutethodes

expeacuterimentales utiliseacutees

Le troisiegraveme chapitre est consacreacute aux reacutesultats obtenus accompagneacutes drsquoune

discussion afin de comparer nos reacutesultats aux autres eacutetudes faites sur la deacutegradation du

bleu de meacutethylegravene (BM) par drsquoautres mateacuteriaux

Une conclusion geacuteneacuterale ainsi que quelques perspectives seront preacutesenteacutees en fin du

document

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE I REVUE BIBLIOGRAPHIQUE

I- LES COLORANTS (Caracteacuteristiques classification et toxiciteacute)

1- Historique des colorants

Depuis le deacutebut de lrsquohumaniteacute les colorants appliqueacutes dans pratiquement toutes les activiteacutes

humaines (peinture teinture du papier de la peau et des vecirctements) eacutetaient drsquoorigines naturelles

et veacutegeacutetales Ces colorants sont tous des composeacutes aromatiques qui proviennent essentiellement

des plantes tel que lrsquoalizarine et lrsquoindigo Lrsquoindustrie des colorants syntheacutetiques est neacutee en 1856

quand le chimiste anglais W H Perkin dans une tentative de synthegravese de la quinine artificielle

pour soigner la malaria a obtenu la premiegravere matiegravere colorante syntheacutetique qursquoil appela

mauve (aniline colorant basique) Apregraves la deacutecouverte de la mauve de nouveaux colorants

ont commenceacute agrave paraitre sur le marcheacute (Jaussaud 1993)

Au deacutebut du 20egraveme

siegravecle les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels Selon Mansour et al (2010) la production mondiale des colorants est

estimeacutee agrave plus de 800000 tonnesan

2- Deacutefinition des colorants

Un colorant est une substance coloreacutee qui interagit avec le milieu dans lequel elle est introduite

et le colore en srsquoy dissolvant etou dispersant lui confeacuterant la proprieacuteteacute de teindre Cette

proprieacuteteacute reacutesulte drsquoune affiniteacute particuliegravere entre le colorant et la fibre Selon le type

drsquoapplication et drsquoutilisation les colorants syntheacutetiques doivent reacutepondre agrave un certain nombre

de critegraveres afin de prolonger la dureacutee de vie des produits coloreacutes sur lesquels ils sont appliqueacutes

Ces critegraveres sont la reacutesistance agrave lrsquoabrasion la stabiliteacute photolytique des couleurs la reacutesistance

agrave lrsquooxydation chimique (notamment les deacutetergents) et aux attaques microbiennes(Pagga and

Brown 1986) et (Zawlotzki Guivarch 2004)

3- Classification des colorants syntheacutetiques

Les matiegraveres colorantes se caracteacuterisent par leur capaciteacute agrave absorber les rayonnements lumineux

dans le spectre visible (de 380 agrave 750 nm) La transformation de la lumiegravere blanche en lumiegravere

coloreacutee par reacuteflexion sur un corps ou par transmission ou diffusion reacutesulte de labsorption

seacutelective deacutenergie par certains groupes datomes appeleacutes chromophores la moleacutecule colorante

eacutetant le chromogegravene Dautres groupes datomes du chromogegravene peuvent intensifier ou changer

la couleur due au chromophore ce sont les groupes auxochromes (Barka 2008)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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4- Les colorants aziniques (thiazines)

Les colorants thiazines sont analogues aux colorants oxazines sauf que lrsquoatome de soufre

remplace lrsquoatome drsquooxygegravene dans lrsquoanneau heacuteteacuterocyclique Ces colorants ont un noyau

phenazonium comme chromophore avec des groupes amineacutes en para par rapport au soufre

comme auxochrome Ils ont un intervalle de couleur du vert au bleu et ils sont stables agrave la

lumiegravere Ils sont utiliseacutes dans le domaine du textile meacutedecine pharmacie et biologie

Seulement cinq colorants thiazines sont connus et toujours fabriqueacutes azure A azure B azure C

thionine et bleu de meacutethylegravene

Le colorant thiazine le plus important est le bleu de meacutethylegravene deacutecouvert par Caro en 1876

Colorants doxazines Colorants thiazines

Oxazines

Thiazine

5- Toxiciteacute des colorants

La prise de conscience quant agrave la dangerositeacute de certains colorants a commenceacute vers 1890 ougrave

lrsquoon surveillait essentiellement les teneurs en cuivre en arsenic et en plomb dans les colorants

syntheacutetiques ou mineacuteraux Cependant bien que des toxicologues aient auparavant mis en

eacutevidence chez les animaux le risque de cancer lieacute agrave lrsquoingestion de certains colorants azoiumlques

rouges ce nrsquoest qursquoapregraves la deuxiegraveme (2egraveme

) guerre mondiale que des seacuterieux tests biologiques

ont abouti agrave la remise en cause de la plupart des colorants utiliseacutes Une reacuteglementation plus

exigeante a eacuteteacute instaureacutee en 1960 concernant le test de toxicologique des colorants mis sur le

marcheacute Pour le cas du Burkina-Faso il yrsquoa un deacutecret ndeg2001-185 (article 12) portant

interdiction de rejet dans lrsquoenvironnement de certaines substances canceacuterigegravenes dans

lrsquoenvironnement

6- Proprieacuteteacutes physico-chimiques du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene colorant azinique (thiazine) de la famille basique ou cationique aussi

appeleacute chlorure de bis-(dimethylamino)- 37 phenazathionium est soluble dans lrsquoeau (50 g L-1

) et

moins soluble dans lrsquoalcool (10 g L-1

) Sa formule chimique est C16H18ClN3S une masse molaire

de 319852 g mol-1

se preacutesente sous forme drsquoune poudre cristalline drsquoun bleu fonceacute est un deacuteriveacute

azoteacute (Fig1)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 1 Bleu de meacutethylegravene et sa structure chimique

Il est couramment utiliseacute comme modegravele de contaminant organique en raison de sa structure

moleacuteculaire stable Dans la reacuteaction de reacuteduction le BM se transforme en leuco meacutethylegravene

incolore due agrave la perte du doublet libre de lrsquoazote et introduction drsquoun atome drsquohydrogegravene

Le BM sous sa forme incolore est

(Eq 1)

bleu de meacutethylegravene chlorure de meacutethylthioninium

S

N

N NCl-

hydroxyde de meacutethylthioninium

S

N

N N HO

Figure 2 Forme incolore du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene est le colorant le plus couramment utiliseacute dans la teinture du coton du bois

et de la soie Il peut provoquer des brucirclures oculaires responsables de blessures permanentes aux

yeux de lrsquohomme et des animaux Son inhalation peut donner lieu agrave des difficulteacutes respiratoires

entrainer des cas drsquoaneacutemie apregraves une absorption prolongeacutee et son ingestion par la bouche produit

une sensation de brucirclure provoque des nauseacutees des vomissements transpiration et sueurs

froides abondantes (Ghosh and Bhattacharyya 2002) Il est aussi est toxique pour les algues et

les petits crustaceacutes agrave partir des concentrations de 01 mg L-1

et 2 mg L-1

respectivement (Ounissa

1996 Meink et al 1997)

Le traitement des rejets industriels contenant ce type de colorant srsquoavegravere drsquoun grand inteacuterecirct

II- TRAITEMENT DES REJETS TEXTILES

1- Geacuteneacuteraliteacutes sur les meacutethodes de traitements

Le traitement des rejets textiles compte tenu de leur heacuteteacuterogeacuteneacuteiteacute de composition conduira

toujours agrave la conception drsquoune chaine de traitement assurant lrsquoeacutelimination des diffeacuterents

polluants par des eacutetapes successives La premiegravere eacutetape consiste agrave eacuteliminer la pollution par

lrsquointermeacutediaire de preacutetraitement (deacutegrillage dessablage deacuteshuilage etc) etou de traitement

physique ou physico-chimique assurant une seacuteparation solide-liquide Drsquoapregraves Barclay and

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page 7

Buckley (2000) les techniques de deacutepollution intervenant le plus courant en deuxiegraveme eacutetape

dans les industries se divisent en trois cateacutegories

1- Biologique

Traitement aeacuterobie

Traitement anaeacuterobie

2- Physique

Meacutethode de preacutecipitation (coagulation floculation seacutedimentation)

Adsorption (sur charbon actif)

Osmose inverse filtration sur membrane

3- Chimique

Oxydation (oxygegravene ozone oxydants tels que le H2O2 NaOCl)

Reacuteduction (Na2S2O2)

Meacutethode de complexomeacutetrique

Reacutesine eacutechangeuse drsquoions

A- Meacutethodes biologiques

Lrsquoavanceacutee technologique a permis la conception des systegravemes de traitement biologique

perfectionneacutes en se basant sur lrsquoautoeacutepuration naturelle des eaux Ces proceacutedeacutes biologiques se

font selon deux modes traitements en aeacuterobie (en preacutesence de lrsquooxygegravene) et traitement en

anaeacuterobie (les microorganismes deacutegradent la matiegravere organique en absence de lrsquooxygegravene)

Les proceacutedeacutes drsquoeacutepuration par voie biologique sont baseacutes sur la transformation microbienne des

colorants La plupart des colorants azoiumlques sont tregraves stables et non biodeacutegradables Beaucoup

drsquoeacutetudes ont deacutemontreacute la biodeacutegradation partielle ou complegravete de certains colorants par voie

biologiques (Adnosinda et al 2003) et (Lopez et al 2004) Mecircme si ces techniques sont

adapteacutees agrave un nombre de polluants organiques elles ne sont pas toujours applicables sur les

effluents textiles industriels en raison de fortes concentrations de polluants de leur toxiciteacute qui

entrainent la destruction des microorganismes ou des boues biologiques agrave traiter

B- Meacutethodes physiques

Lorsque les eaux useacutees ne se precirctent pas agrave une deacutepollution par voie biologique (effluent peu ou

pas biodeacutegradable tempeacuterature trop faible valeurs extrecircmes de pH preacutesence de toxiques)

des proceacutedeacutes physico-chimiques classiques permettent de compenser soit en se substituant

totalement agrave lrsquoeacutepuration par voie biologique soit en traitement compleacutementaire On peut citer

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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par exemple la coagulation-floculation suivie drsquoune deacutecantation (clarification) lrsquoadsorption sur

charbon actif lrsquoeacutechange drsquoions ou la filtration membranaire

B1- Coagulation-floculation

Sous le terme de coagulationndashfloculation on entend tous les processus physico-chimiques par

lesquels des particules colloiumldales ou des solides en fine suspension sont transformeacutes par des

floculants chimiques en espegraveces plus visibles et seacuteparables (les flocs) Les flocs formeacutes sont

ensuite seacutepareacutes par deacutecantation et filtration puis eacutevacueacutes Les coagulants inorganiques tels que

lrsquoalun (Al2(SO4)314H2O) donnent les reacutesultats plus que satisfaisants pour la deacutecoloration des

effluents textiles contenant des colorants disperseacutes de cuve et soufreacutes mais sont totalement

inefficaces pour les colorants azoiumlques acides et basiques (Barclay and Buckley 2000) et

(Vendevivere et al 1998) Par ailleurs la coagulationndashfloculation ne peut ecirctre utiliseacutee pour les

colorants fortement solubles dans lrsquoeau comme le cas du BM

Le principal deacutesavantage de cette technique est qursquoelle geacutenegravere une importante quantiteacute de boue

entrainant des investissements suppleacutementaires

B2- Filtration membranaire

Dans ce proceacutedeacute les polluants sont retenus par une membrane semi permeacuteable dont le diamegravetre

des pores est infeacuterieur agrave celui des moleacutecules agrave eacuteliminer Cette technique est largement utiliseacutee

dans le domaine de lrsquoeau potable et le dessalement La filtration sur membrane sous lrsquoeffet

drsquoune pression hydraulique se deacutecline en microfiltration lrsquoultrafiltration la nano filtration et

lrsquoosmose inverse Parmi les quatre types de proceacutedeacutes la nano filtration et lrsquoosmose inverse sont

les plus adapteacutes agrave la reacuteduction partielle de la couleur et des petites moleacutecules organiques

(Taylor and Jacobs 1996) (Calobro et al 1990) En effet la nano filtration srsquoapplique surtout

au traitement des bains de teinture de colorants reacuteactifs en agissant comme un filtre moleacuteculaire

tandis que la microfiltration retient les mateacuteriaux colloiumldaux tels que les colorants disperseacutes ou

de cuve gracircce agrave une laquomembrane eacutecranraquo (Van der Bruggen et al 2003) Lrsquoultrafiltration ne

srsquoapplique qursquoagrave la reacuteduction de DCO et des solides en suspension (Anselme and Jacobs 1996)

et nrsquoest reacuteellement efficace qursquoen combinaison avec la coagulationfloculation

B3- Adsorption sur charbon actif et autres mateacuteriaux

Le polluant est transfeacutereacute de la phase liquide vers la phase solide lors de lrsquoadsorption Le

charbon actif eacutetant consideacutereacute comme lrsquoadsorbant le plus efficace pour la reacuteduction de la

couleur est limiteacute pour lrsquoeacutelimination de certains colorants Seuls les cationiques colorant agrave

mordant disperseacutes ou dits de cuve sont eacutelimineacutes par cette technique (Raghavacharya 1997)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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C- Meacutethodes chimique

Les techniques drsquooxydation chimiques sont geacuteneacuteralement appliqueacutees quand les proceacutedeacutes

biologiques sont inefficaces Elles peuvent ecirctre ainsi utiliseacutees pour les proceacutedeacutes biologiques en

eacutetapes de preacutetraitement afin de diminuer la charge polluante Lrsquooxydation chimique est

eacutegalement appliqueacutee pour le traitement des organiques dangereux preacutesents en faibles

concentrations et des effluents chargeacutes de constituants reacutesistants aux meacutethodes de

biodeacutegradation Le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) le Cl2 et O3 sont les reacuteactifs les plus souvent

utiliseacutes pour ce type de traitement Le H2O2 est un oxydant moyennement fort et son application

pour le traitement des polluants organiques et inorganiques est bien eacutetablie (Neyens et al

2003) Mais lrsquooxydation par H2O2 nrsquoest pas suffisamment efficace pour de fortes concentrations

en colorant Hamada et al (1998) ont proposeacute de traiter les colorants azoiumlques par hypochlorure

de sodium Cependant si la moleacutecule initiale est deacutetruite les halogegravenes sont susceptibles de

former des trihalomeacutethanes comme sous-produits de deacutegradation lesquels sont canceacuterigegravenes

pour lrsquoHomme

Drsquoougrave la neacutecessiteacute drsquoutiliser des produits drsquooxydation encore plus performant comme les

proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutes (POA)

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation

Avanceacutee (POA)

Lrsquoindustrialisation intensive qui a vu le jour au cours du dernier siegravecle a causeacute lrsquoapparition dans

lrsquoenvironnement de polluants eacutemergents reacutefractaires qui sont reconnus canceacuterigegravenes et

mutagegravenes Dans lrsquooptique de limiter la pollution de lrsquoenvironnement des strateacutegies de

traitement efficaces et eacutecologiques ont eacuteteacute deacuteveloppeacutees Parmi ces strateacutegies se trouve

lrsquoapplication des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee (POA) Figure 3

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Il srsquoagit de proceacutedeacutes de traitement oxydatif qui peuvent ecirctre subdiviseacutes en quatre groupes

(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse

utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et reacutepondent aux

critegraveres suivant (Suty et al 2003)

Ne pas induire de pollution secondaire

Non toxique

Non corrosif pour les eacutequipements

Etre le plus rentable possible

Etre relativement le plus simple agrave manipuler

Les OHbull sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse utiliser dans le domaine des

eaux et des effluents industriels avec une vitesse drsquooxydation (109

fois plus eacuteleveacutee) agrave celle de

lrsquoozone et son potentiel drsquooxydation est de 28 VENH (Parsons 2004) Tableau 1

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique

Oxydant Pouvoir oxydant Edeg (VENH)

OHbull 280

Oo 242

O3 207

H2O2 (milieu acide) 178

Cl2 136

O2 123

Plusieurs secteurs ont utiliseacutes ces proceacutedeacutes pour traiter leurs eaux par exemple Parsons (2004)

lrsquoa utiliseacute pour le traitement des eaux de surface et souterraines Martinez-Huitle and Ferro

(2006) lrsquoont utiliseacute pour le traitement des eaux industrielles Hayet (2011) lrsquoa testeacute dans

lrsquoeacutelimination du 4- chloropheacutenol Hsing et al (2007) et Wu and Chang (2006) ont lrsquoutiliseacute pour

deacutecolorer les eaux des industries textiles Bouafia (2010) a utiliseacute le proceacutedeacute drsquooxydation

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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avanceacutee baseacutee sur le reacuteactif de fenton pour deacutegrader les colorants textiles Derradji (2012) a

coupleacute le POA avec un traitement biologique pour le traitement des eaux useacutees industrielles

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

)

Fenton avait deacutecrivit agrave la fin du XIX egraveme

siegravecle que le fer ferreux (Fe2+

) favorisait fortement

lrsquooxydation de lrsquoacide maleacuteique par le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) en milieu acide (Fenton

1894) Des travaux ulteacuterieurs ont montreacute que la combinaison de H2O2 et de Fe2+

nommeacute

laquo Reacuteactif de Fenton raquo eacutetant un oxydant efficace pour une grande varieacuteteacute de substrats

organiques notamment les pheacutenols les pesticides les aromatiques polycycliques et des

colorants en particulier les azoiumlques (Spadaro et al 1994 Benitez et al 2001 De Heredia et

al 2001) Quarante (40) ans plus tard Haber and Weiss (1934) identifiaient le radical

Hydroxyl comme eacutetant lrsquoespegravece oxydante de la reacuteaction preacutesenteacutee ci-dessous et communeacutement

appeleacutee reacuteaction de Fenton

(Eq2)

Le fer ferrique geacuteneacutereacute peut ensuite reacuteagir avec le peroxyde drsquohydrogegravene pour redonner le fer

ferreux

(Eq3)

La vitesse de deacutecomposition de H2O2 par le Fer II augmente lorsque le pH augmente (le 5) car

dans cette gamme de pH la forme preacutedominante Fe(OH) 2+

est beaucoup plus reacuteactive que lrsquoion

Fe2+

(Kuo 1992)

Lrsquoeacutetude de la deacutepollution des effluents textiles coloreacutes par le proceacutedeacute Fenton (systegraveme H2O2

Fe2+

) a eacuteteacute reacuteveacuteleacutee tregraves efficace et plusieurs eacutetudes ont montreacute que le taux de mineacuteralisation des

colorants syntheacutetiques augmente avec lrsquoaugmentation des doses des reacuteactifs et du temps de

reacuteaction Le rapport des reacuteactifs R =

et le rapport

joue aussi un rocircle important

dans la vitesse de deacutegradation de colorants de deacutepart et sur le taux de mineacuteralisation (Kuo

1992)

Le proceacutedeacute Fenton possegravede trois (03) caracteacuteristiques attractives pour le traitement des

composeacutes organiques (Redha 2011)

Les radicaux hydroxyles OHbull produits reacuteagissent tregraves rapidement (10

9 fois plus reacuteactif

que le O3)

Les reacuteactifs sont simples agrave manipuler et sans danger pour lrsquoenvironnement

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Les produits finaux de deacutegradation (H2O CO2 ions mineacuteraux et hydroxydes ferriques)

nrsquointroduisent pas une pollution suppleacutementaire

Le proceacutedeacute de Fenton est composeacute geacuteneacuteralement de quatre eacutetapes principales ajustement du

pH oxydation neutralisation et coagulationpreacutecipitation Pour lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute la

reacuteaction de fenton ne peut se produire qursquoagrave un pH voisin ou eacutegal agrave 3 ce qui reacutesulte un ajout des

solutions acides Au-delagrave des valeurs de pH comprises entre 3 et 4 le fer (Fe2+

ou Fe3+

) est

susceptible de preacutecipiter et former des hydroxydes de fer induisant ainsi une faible activiteacute

catalytique Le milieu doit ecirctre approvisionneacute drsquoune maniegravere continue Ce qui peut alourdir les

couts de traitement

Le proceacutedeacute Fenton est consideacutereacute aujourdrsquohui comme le proceacutedeacute dont sa mise en œuvre est facile

et plus utiliseacute dans le monde pour le traitement drsquoeffluents industriels textiles mais le proceacutedeacute

est limiteacute par le manque de geacuteneacuteration du catalyseur qui neacutecessite geacuteneacuteralement un apport

constat en reacuteactif et qui contraint de ce fait agrave lrsquoapprovisionner en continu le milieu en peroxyde

drsquohydrogegravene (H2O2) tregraves couteux

III- LA LATERITE

Le Burkina-Faso est un pays de lrsquoAfrique occidentale avec une superficie de 274 000 kmsup2 et le

recouvrement lateacuteritique est un caractegravere dominant des paysages peacuteneacuteplaines ou tabulaires qui

caracteacuterisent sa plus grande partie Les lateacuterites se preacutesentent sous forme de plateaux eacutetendus

buttes teacutemoins cuirasses indureacutes etc Lrsquoeacutepaisseur de ces lateacuterites varie selon la nature des

formations sur lesquelles elles se reposent

La lateacuterite (du latin later brique) est une roche rouge ou brun qui se forme par alteacuteration des

roches sous les climats tropicaux Elle est constitueacutee du fer (Limonite ferrihydrite geothite

heacutematite) drsquoaluminium (Gibbsite cliachite boehmite) de titane de manganegravese et de

silicium On la trouve surtout en domaine intertropical et recouvre 33 des continents

Pour lrsquoeacutetude de la deacutegradation du colorant BM nous avons utiliseacute deux types de lateacuterite

provenant lrsquoune de la reacutegion de Koubri dans le Centre et contenant 314 de fer et lrsquoautre dans

la reacutegion Sud-Ouest du Burkina-Faso contenant 447 pour le traitement (Figure 4) Ces

lateacuterites ont eacuteteacute caracteacuteriseacutees au Laboratoire CRISMAT (Centre National de Recherche et de

Technologie Mateacuteriaux ENSI Caen) en France

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI)

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE

Lrsquoutilisation des substances organiques dans lrsquoindustrie sans traitement est la deacutegradation de la

qualiteacute des eaux qui se reacutepercute sur la santeacute de lrsquoecirctre humain Dans ce chapitre nous allons voir

les produits et mateacuteriels ainsi que la meacutethodologie expeacuterimentale utiliseacutes pour la deacutegradation du

colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute Fenton en phase homogegravene en utilisant le fer

industriel puis le fer extrait de la lateacuterite

Nous preacutesentons en premier lieu la technique du dosage du BM et les reacuteactifs utiliseacutes pour la

deacutegradation de notre colorant Nous eacutevoquons les techniques de caracteacuterisation de la lateacuterite par

diffraction des rayons X et analyse quantitative

I- PRODUITS ET MATERIELS

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite)

Pour lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite nous avons utiliseacute

certains reacuteactifs qui sont illustreacutes dans le tableau 2

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes

Produits Fournisseur Qualiteacute

Bleu de meacutethylegravene Fluka 96

Peroxyde drsquohydrogegravene

(H2O2)

Preacutepareacute par

Laboratoires Gilbert (CA 655-

301-3)

9

Acide sulfurique (H2SO4) Sigma-Aldrich (CA 7664-93-9) 95-97

Sulfate ferreux (FeSO4

7H2O

Fluka Chemika (CA44990) 98

Hydroxyde de Sodium

NaOH

Sigma Aldrich 32

Eau ultra-pure ou Milli-Q Polisseur drsquoeau du LEDES 0055 microScm ou 183

2- Mateacuteriels utiliseacutes

Les mateacuteriels utiliseacutes pour les suivis cineacutetiques de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite sont la spectrophotomeacutetrie DR 5000 la lateacuterite et les trois types drsquoacides

lrsquoacide sulfurique lrsquoacide chlorhydrique lrsquoacide nitrique pour lrsquoextraction du fer de la lateacuterite

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Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM

Les eacutechantillons de lateacuterites utiliseacutees lors de ce travail ont eacuteteacute caracteacuteriseacutes au Laboratoire

CRISMAT (Centre National de Recherche Technologique Mateacuteriaux ENSI Caen) en France Ils

proviennent de deux reacutegions du Burkina-Faso (Dano et Koubri) contiennent respectivement 44

7 et 314 de fer et ont eacuteteacute obtenus par les analyses en diffraction des rayons X (DRX) et en

microscopie eacutelectronique agrave balayage (MEB)

Le principe de lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS

Lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS est une analyse quantitative en des points ou zones speacutecifiques dun

eacutechantillon en utilisant la spectromeacutetrie agrave seacutelection deacutenergie (EDS)

Son principe est que par lintermeacutediaire dun canon agrave eacutelectrons un faisceau deacutelectrons est envoyeacute

sur leacutechantillon En contact avec la matiegravere ces eacutelectrons interagissent de diffeacuterentes faccedilons

Le MEB-EDS du laboratoire va permettre dexploiter trois informations distinctes dont deux qui

vont ecirctre traduites en images

-Une image en eacutelectrons secondaires (SE) qui naicirct dune interaction entre les eacutelectrons du

faisceau et les eacutelectrons des couches eacutelectroniques de latome et qui nous donnera une

information topographique de leacutechantillon

- Une image en eacutelectrons reacutetrodiffuseacutes (BSE) qui reacutesulte de linteraction entre les eacutelectrons du

faisceau le noyau et le nuage eacutelectronique de latome et qui permettra de creacuteer une image par

contraste chimique

- Une troisiegraveme information que lon obtient est une analyse eacuteleacutementaire le microscope

eacutelectronique agrave balayage eacutetant coupleacute agrave un deacutetecteur de rayons X agrave dispersion deacutenergie

Le principe de lrsquoanalyse par Diffraction Rayon X (DRX)

La diffraction des rayons X est une technique danalyse fondeacutee comme son nom lrsquoindique sur la

diffraction des rayons X sur la matiegravere La diffraction des rayons X est un pheacutenomegravene

dinterfeacuterence constructive qui se produit quand un faisceau de rayons X (onde

eacutelectromagneacutetique) peacutenegravetre dans un cristal (empilement peacuteriodique datomes) Il peut donc

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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apparaitre quand on place un monocristal un poly-cristal ou une poudre devant une source de

rayons X Lemplacement des faisceaux diffracteacutes nous informe sur la peacuteriodiciteacute du (des) cristal

tandis que lintensiteacute de ces faisceaux nous informe sur la nature et la position des atomes

contenus dans le cristal La position des intensiteacutes diffracteacutees nous renseignera sur la taille de la

maille tandis que lintensiteacute nous permettra de calculer la position des atomes dans la maille

ainsi que leur nature Les proprieacuteteacutes chimiques ou physiques dun mateacuteriau deacutependent de la

position et la nature des atomes du cristal

Les caracteacuteristiques du diffractomegravetre des eacutechantillons de la poudre de lateacuterite analyseacutee sur un

diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 eacutequipeacute drsquoun monochromateur avant et drsquoun deacutetecteur Lynx-

Eye sont rassembleacutees dans le tableau et figures ci-dessous

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Position initiale [deg2Th] 10 0050

Position finale [deg2Th] 99 9910

Taille [deg2Th] 00110

Temps drsquoeacutetape de balayage [s] 1170

Fente de divergence Fixed

Fente de divergence [mm] 2

Tempeacuterature de mesure [degC] 21

Mateacuteriel drsquoanode Cu

K Alpha 1 [Aring] 154060

Geacuteneacuterateur 40 mA 40 kV

Monochromateur de rayon incident Oui

Rotation Non

Ouverture de deacutetecteur [deg] 35

Deacutetecteur de discrimination LL [V] 017

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Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri

Les diffeacuterentes phases des eacutechantillons de lateacuterites par lrsquoanalyse en diffraction RX sont

reacutecapituleacutees sur ce tableau

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

Phase Koubri Dano

-massique -massique

Phase majoritaire Kaolinite 333 36

Quartz 326 161

Deuxiegraveme sous-ensemble de phase Goethite FeO(OH) 211 352

Heacutematite Fe2O3 73 63

Ferrite

(fer-alpha)

3 32

Phase anatase TiO2 27

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II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene

La solution megravere du BM de concentration 1 g L-1

a eacuteteacute preacutepareacutee en mettant les cristaux dans un

litre drsquoeau distilleacutee Les solutions standard pour lrsquoeacutetablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage ont

eacuteteacute obtenues par des dilutions successives jusqursquoaux concentrations deacutesireacutees

Le suivi de lrsquoeacutevolution de la concentration du BM au cours du temps est fait par

spectrophotomeacutetrie UVVisible

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible

La spectrophotomeacutetrie est une technique analytique quantitative qui consiste agrave mesurer

lrsquoabsorbance ou la densiteacute optique drsquoune substance chimique donneacutee en solution La meacutethode

repose sur la loi de Beer-Lambert qui eacutenonce

Lorsqursquoune substance absorbe de la lumiegravere dans le domaine de lrsquoultra-violet et du

visible lrsquoeacutenergie absorbeacutee provoque des perturbations dans la structure eacutelectronique des

atomes ions ou moleacutecules Un ou plusieurs eacutelectrons utilisent cette eacutenergie pour sauter

drsquoun niveau de basse eacutenergie agrave un niveau de plus haute eacutenergie Ces transitions

eacutelectroniques se font dans le domaine de 350 agrave 800nm pour le visible et entre 200 agrave 350

nm pour lrsquoultra-violet

Un milieu homogegravene traverseacute par la lumiegravere absorbe une partie de celle-ci les

diffeacuterentes radiations constituant le faisceau incident sont diffeacuteremment absorbeacutees

suivant leur longueur drsquoonde et les radiations transmisses sont alors caracteacuteristiques du

milieu

Soit un rayon lumineux monochromatique de longueur drsquoonde λ traversant un milieu

homogegravene drsquoeacutepaisseur l Le taux de deacutecroissance de lrsquointensiteacute lumineuse en fonction de

lrsquoeacutepaisseur du milieu absorbant est donneacute par la loi de Lambert

A= log (

) (Eq4)

Avec

I0 intensiteacute initiale de la lumiegravere traverseacutee

I intensiteacute de la lumiegravere transmise

A absorbance

La spectrophotomeacutetrie UVVisible permet de suivre la deacutecoloration des solutions gracircce aux

absorbances qui eacutevoluent en fonction du temps de traitement Elle permet eacutegalement de suivre

lrsquoeacutevolution des ions gracircce agrave leurs diffeacuterents dosages

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3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM

a- Deacutetermination des longueurs drsquoondes drsquoabsorption maximale

Le spectre drsquoabsorbance du BM a eacuteteacute balayeacute entre 200 et 800 nm afin de suivre quantitativement

sa concentration Les pics de notre colorant sont obtenus agrave 661nm et 291nm (fig 8) Les

diffeacuterentes absorbances ont eacuteteacute deacutetermineacutees et une courbe deacutetalonnage a eacuteteacute traceacutee en utilisant

des solutions standard variant de 0 agrave 8 mg L-1

pour les deux longueurs drsquoondes

Figure 8 Spectre du Bleu de meacutethylegravene

b- Etablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage du BM

La concentration [Fx] des solutions eacutetalon varie de 1 agrave 8 mg L-1

Les volumes agrave preacutelever sont

calculeacutes en appliquant lrsquoeacutequation suivante

(Eq5)

Avec [Fx] - Concentration de lrsquoeacutetalon

Vx - Volume drsquoeacutetalon agrave preacuteparer

[M] - Concentration de la solution megravere

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene

Solution Zero 1 2 3 4 5

Concentration [mgL-1] 0 2 3 4 6 8

Volume neacutecessaire [mL] 0 02 03 04 06 08

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Pour tracer la courbe drsquoeacutetalonnage nous avons introduit les diffeacuterents volumes dans des fioles de

100 mL ensuite nous avons compleacuteteacute agrave lrsquoeau distilleacutee jusqursquoau trait de jauge On a mis la

spectrophotomeacutetrie en marche et proceacutedeacute agrave la lecture du blanc puis successivement des solutions

eacutetalons

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm)

Solution 0 1 2 3 4 5

Con (mg L-1

) 0 2 3 4 6 8

Absorbance (nm) pour λ = 661 0 085 13 18 23 3

Absorbance (nm) pour λ = 291 0 04 06 09 12 17

Figure 9 Courbe deacutetalonnage (λmax = 661 nm et λmax = 291 nm) variation de labsorbance en

fonction de la concentration du BM

4- Preacuteparation des solutions de fer

a- Solution de fer industriel

Le reacuteactif utiliseacute est le sulfate ferreux ou sulfate de fer (II) drsquoune poudre blanchacirctre agrave lrsquoeacutetat

anhydre dont la formule est FeSO4 7H2O Pour la preacuteparation du Fe2+

de concentration 3 g L-1

nous avons verseacute 3 g du sulfate ferreux anhydre dans une fiole de 1 L contenant 500 mL drsquoeau

milli-Q puis ajouter une (1) goutte drsquoacide sulfurique (H2SO4) concentreacute agrave 98 dans la fiole et

laisser agiter pendant 30 secondes Apregraves compleacuteter jusqursquoau trait de jauge et placer sous

agitation durant 1 h jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune solution de couleur rouge brique

b- Solution de fer de la lateacuterite

Pour la deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite les solutions de la lateacuterite

ont eacuteteacute preacutepareacutees de la maniegravere suivante

Pour le lit de lateacuterite nous avons preacuteleveacute

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

Compleacuteter drsquoeau milli-Q (eau ultra pure) jusqursquoau trait de jauge

y = 03938x

Rsup2 = 09869

0

05

1

15

2

25

3

35

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

661nm

y = 02094x

Rsup2 = 09972

0

02

04

06

08

1

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

291 nm

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Ajuster par la suite le pH de la solution agrave 3 avec lrsquoacide sulfurique (concentreacute agrave

95-97)

Figure 8 Lit de lateacuterite

Pour la lateacuterite attaqueacute par de lrsquoacide concentreacute pour lrsquoextraction du Fer

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

30 m L drsquoacide (HClHNO3H2SO4)

Ajouter avec prudence 20 mL drsquoeau milli-Q pour avoir 50 mL de solution

Preacutelever le surnageant pour le traitement du bleu de meacutethylegravene

Figure 9 Attaque acide de la lateacuterite

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton

Lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM srsquoest faite par trois diffeacuterentes eacutetapes

Une solution du BM est soumise agrave un traitement par proceacutedeacute Fenton en utilisant du H2O2

et le fer industriel (Fe2+

) ajustement du pH agrave 3 (Fig12)

Figure 10 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour la deacutegradation du BM en utilisant la lateacuterite deux eacutetapes ont eacuteteacute imageacutes lrsquoune par

un lit de lateacuterite et lrsquoautre par la lateacuterite attaqueacutee par trois types drsquoacides (Fig13)

Figure 11 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM

Nous avons deacutetermineacute la cineacutetique de deacutecoloration agrave partir des valeurs des absorbances trouveacutees

agrave 661nm La deacutetermination de la constante de vitesse kapp permet de donner un ordre de

grandeur de la vitesse Expeacuterimentalement on peut montrer que la vitesse de reacuteaction bilan du

BM srsquoeacutecrit de la maniegravere suivante

Bleu de meacutethylegravene + OHbull rarr sous-produit du bleu de meacutethylegravene (Eq6)

Pour la cineacutetique drsquoordre 1

V = -

= kapp (Eq7) reacuteaction de pseudo ordre un laquo1 raquo

Avec

V vitesse de deacutegradation catalytique (mg L-1

h-1

)

kapp constante apparente de deacutegradation (min ou h-1

)

[BM] concentration du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

t temps de reacuteaction (h)

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

Ln (

) = kapp t (Eq8)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 12 Reacuteaction de pseudo ordre 1

Pour la cineacutetique drsquoordre 2

V = -

= kapp (Eq9) reacuteaction de pseudo ordre un laquo2 raquo

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

int

= - int

(Eq10)

(Eq11)

Figure 13 Reacuteaction de pseudo ordre 2

Pour le calcul des rendements ou taux drsquoabattement (τ) agrave lrsquoissu des eacutetudes cineacutetiques de

deacutegradation du BM nous avons utiliseacute cette formule ci-dessous

τ =

(Eq12)

Rsup2 = 09863

-070

-060

-050

-040

-030

-020

-010

000

0 2 4 6 8

ln (C

Co)

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 1

Rsup2 = 09499

0

0005

001

0015

002

0025

003

0 2 4 6 8

1C

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 2

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL

Tous les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes agrave tempeacuterature ambiante (25degC) Les concentrations du bleu de

meacutethylegravene choisies pour lrsquoexpeacuterience sont 10 et 40 mg L-1

1- Effet de pH du milieu

Etant donneacute que le proceacutedeacute Fenton est baseacute sur lrsquoeffet catalytique du Fer et plus preacuteciseacutement

du Fe2+

il nous est paru neacutecessaire de commencer lrsquoeacutetude par la deacutetermination du pH

optimale pour le proceacutedeacute Lrsquoajustement du pH du milieu srsquoeffectue agrave lrsquoaide drsquoune solution

drsquoacide sulfurique Ce choix est justifieacute par lrsquoexistence deacutejagrave au sein de la solution des ions

2-

suite agrave lrsquoaddition du Fe2+

sous la forme de FeSO4 7H2O

Les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes avec une concentration en BM de 20 mg L-1

un rapport R = 15

correspondant agrave des concentrations de 6 et 040 mg L-1

en H2O2 et Fe2+

respectivement et

pour des valeurs de pH variant entre 3 et 5 Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacute sur figure 16

Figure 14 Effet du pH

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t = 20

min)

pH Rendement ()

3 96

35 5245

4 6156

5 5509

000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 5 10 15 20

[BM

] m

gL

ˉˡ

temps de deacutegradation (mn)

pH = 3

pH = 35

pH = 4

pH = 5

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Drsquoapregraves le tableau preacutecegravedent nous observons que le pH favorable pour la deacutegradation du BM

par le proceacutedeacute Fenton est pH = 3 avec un taux de deacutegradation de 96 au bout de 20 min

De nombreux travaux sur les proceacutedeacutes Fenton ont montreacute que le pH 3 semble ecirctre la meilleure

valeur pour une deacutegradation optimale des polluants organique ((Tang and Huang 1996 Kuo

and Lo 1999) Pour la suite du travail nous adopterons deacutesormais cette valeur de pH

2- Effet de la concentration en BM

Nous avons traiteacute agrave un pH = 3 et agrave 25degC deux solutions du BM de concentration diffeacuterentes

(10 mg L-1

et 40 mg L-1

) en fixant les concentrations de Fe2+

agrave 134 mg L-1

et celle du H2O2 agrave

6 mg L-1

(figure 17)

Figure 15Effet de la concentration du BM

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM

[BM] mg L-1

Rendement () Temps de

deacutecoloration (min)

10 9738 8

40 9565 14

Nous avons constateacute que la concentration du BM de concentration 10 mg L-1

srsquoest deacutegradeacutee

rapidement et complegravetement avec un temps de deacutecoloration (td) de 8 min tandis que celle de

40 mg L-1

est plus lente avec un td de 14 min Donc plus la solution est concentreacutee plus le

temps de deacutegradation est important

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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La cineacutetique de deacutecoloration du colorant BM de concentrations respectives de 10 et

40 mg L-1

obeacuteit agrave la loi cineacutetique de pseudo premier

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM

Solution kapp

BM = 10 mg L-1

028

BM = 40 mg L-1

010

La deacutetermination de la constante apparente de vitesse montre eacutegalement que cette derniegravere

varie en fonction de la concentration en BM En effet la valeur de kapp est deux fois plus

supeacuterieure pour une concentration en BM de 10 mg L-1

que pour celle de 40 mg L-1

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene

Figure 16 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel

Une solution du bleu de meacutethylegravene de concentration 40 mg L-1

est soumise agrave un traitement par

proceacutedeacute Fenton en utilisant 6 mg L-1

de H2O2 et le fer industriel agrave une concentration de 134

mg L-1

Des preacutelegravevements ont eacuteteacute effectueacutes agrave des intervalles reacuteguliers de temps afin de suivre

lrsquoeacutevolution de la deacutegradation par Spectrophotomeacutetrie Lrsquoanalyse spectromeacutetrique des

eacutechantillons est effectueacutee par un balayage du spectre UV-Visible entre 200 et 800 nm (figure

18)

Nous remarquons que plus le temps de traitement est important plus le pic drsquoabsorbance dans

le visible agrave 661 diminue drsquointensiteacute pour srsquoannuler complegravetement agrave partir du 30 min Par

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contre le pic dans le domaine UV agrave 291 il diminue certes drsquointensiteacute mais ne srsquoannule pas

mecircme apregraves 45 min de traitement

Ce reacutesultat nous permet de conclure que le proceacutedeacute Fenton permet une deacutegradation partielle

de la moleacutecule du BM au bout de notre temps de reacuteaction Drsquoapregraves Cao et al (1999) les pics

appartenant aux domaine drsquoUV entre 200 et 260 sont relatives au cycle benzegravene mono ou

poly substitueacute Ceci revient agrave dire que la deacutegradation du BM passe par deux eacutetapes

Deacutegradation du groupement fonctionnel de la moleacutecule du BM (λ = 661 nm) crsquoest agrave

dire que la rupture de lrsquoheacuteteacuterocycle central entraine la perte des conjugaisons des deux

lateacuteraux ce qui explique la deacutecoloration plus ou moins rapide de la solution

La deacutegradation des cycles benzegravene persistant en solution est beaucoup plus lente

puisque lrsquointensiteacute de ce pic (λ = 291 nm) diminue mais ne srsquoannule pas alors que la

solution est claire On peut dire eacutegalement que cette deacutegradation des cycles benzegravene

persistants est due au temps de reacuteaction trop court

4- Effet de la concentration du H2O2

a) En Absence de Fer

En utilisant deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

nous

avons varieacute les concentrations du H2O2 de 1 agrave 6 mg L-1

en absence du fer agrave un pH = 3 et agrave

tempeacuterature ambiante Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacutes sur la figure ci-dessous

Figure 19 Deacutegradation du BM par H2O2 seul

Quel que soit la concentration du BM 10 mg L-1

ou 40 mg L-1

lrsquoeffet du H2O2 sur la

deacutegradation du colorant est pratiquement nulle En effet apregraves un temps arbitraire de 20 min

de traitement on remarque un taux drsquoabattement de 17 pour la concentration en BM de 10

mg L-1

alors qursquoil est nul pour une concentration initiale de 40 mg L-1

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Il est donc clair que le pouvoir oxydant du H2O2 nrsquoest pas assez suffisant pour pouvoir

deacutegrader le BM En effet le H2O2 agrave un pouvoir oxydant de Edeg = 176 VENH par contre

celui drsquoOHbull est de 28 VENH

La mecircme conclusion a eacuteteacute observeacute par Naima (2008) sur lrsquoutilisation du H2O2 seul dans le

traitement des huiles drsquoolive (margines) Le reacutesultat a donneacute que le H2O2 seul pour des valeurs

de concentrations 3 et 20 g L-1

ne peut eacuteliminer totalement la margine de lrsquoeffluents drsquohuilerie

drsquoolive de concentration initiale de 1 g L-1

la moyenne de taux drsquoabattement obtenue ne

deacutepasse pas la valeur de 32 Yameogo (2013) a remarqueacute eacutegalement que lrsquoutilisation du

H2O2 seul nrsquoa eu aucune influence sur la deacutegradation de lrsquoamarante par proceacutedeacute photo-fenton

et heacuteteacuterogegravene avec charbon actif la concentration nrsquoa pas varieacute tout au long du traitement

b) En preacutesence du Fer

Lrsquoefficaciteacute du traitement est donc tributaire de lrsquoexistence de deux entiteacutes H2O2 et Fe2+

En

effet Bach et al (2010) ont utiliseacute le Fe2+

pour traiter lrsquoeau industrielle ils ont trouveacute que le

fer a permis de mineacuteraliser 95 drsquoeacutethylegravene-glycol et 85 de pheacutenol dans une eau industrielle

par proceacutedeacute Fenton Marciel et al (2004) ont remarqueacute que lrsquoapport de sulfate ferreux a

ameacutelioreacute la reacuteduction du COT de 45 agrave 55 lors drsquoune eacutetude drsquooxydation drsquoune solution

pheacutenolique par le proceacutedeacute photo-fenton

Pour la suite Nous avons maintenu la mecircme variation des concentrations en H2O2 (de 1 agrave 6

mg L-1

) mais en additionnant le fer industriel (sulfate ferreux) avec une concentration de 134

mg L-1

pour deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

agrave

tempeacuterature ambiante et agrave un pH eacutegale agrave 3 Ceci revient qursquoen solution le rapport R =

varie de 075 15 25 5 (Figure 20)

Figure 17 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Quel que soit la concentration initiale en BM ou en H2O2 lrsquoaddition du fer a entraineacute

lrsquoapparition de la deacutegradation graduelle de la coloration

Plus la concentration en H2O2 est importante plus la vitesse de deacutegradation augmente

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

[BM] mg L-1

10 40

Variation de H2O2 Rendement () Rendement ()

1 6730 5508

2 8522 7029

3 9769 9632

6 9954 9860

La figure 20 montre que taux de deacutecoloration en preacutesence du catalyseur devient plus

important avec lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 Il passe apregraves 60 min de

traitement de 6730 pour une concentration en H2O2 de 1 mg L-1

agrave 9954 pour celle de 6

mg L-1

Ceci est parfaitement preacutevisible puisque lrsquoexistence de lrsquoHydroxyde radicalaire principale

responsable de la deacutegradation est tributaire de la concentration initial en H2O2 (Eq2 sect 11)

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence de

la variation du H2O2

[BM] = 10 mg L-1

[BM] = 40 mg L-1

Ordre de la

reacuteaction k k

075 00036 00005 Ordre 2

15 00092 00007

25 0067 0065 Ordre 1

5 02879 0103

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Nous remarquons que lorsque la concentration en H2O2 augmente lrsquoordre partiel de la reacuteaction

change En effet pour des concentrations en H2O2 lt 3 mg L-1

la reacuteaction de deacutegradation est de

lrsquoordre 2 alors que pour des concentrations plus eacuteleveacutees elle est drsquoordre 1

Nadjette (2009) a montreacute que la deacutegradation du Meacutethyle Orange en preacutesence de dioxyde de

titane (TiO2) suit une cineacutetique drsquoordre 1 Redha (2011) a trouveacute eacutegalement lrsquoordre partiel de

la reacuteaction est eacutegal agrave 1 lors de son eacutetude sur le traitement du Rouge drsquoalizarine S et lrsquoOrange

G par proceacutedeacute drsquooxydation avanceacutee (POA)

Bennani et al (2010) ont eacutelimineacute le bleu de meacutethylegravene en solution aqueuse par lrsquoargile de Safi

(Maroc) Les reacutesultats ont montreacute que le pseudo-second ordre peut deacutecrire le comportement

cineacutetique de lrsquoadsorption du bleu de meacutethylegravene sur lrsquoargile brute et celle purifieacutee Des reacutesultats

similaires ont eacuteteacute observeacutes Gurses et al (2006) et Tsai et al (2007)

Les valeurs de kapp obtenus pour une solution de concentration initiale en BM de 10 mg L-1

sont supeacuterieures agrave celles obtenues pour la solution de 40 mg L-1

et ce lagrave quel que soit lrsquoordre

de la reacuteaction ou la concentration en H2O2 en solution Ces valeurs augmentent avec

lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 et passe de 36 10-3

agrave 02879 et de 05 10-3

agrave 0103

pour une les solutions en BM de 10 et 40 mg L-1

respectivement

5- Effet de la concentration en fer

Pour la suite nous eacutetudierons lrsquoeffet de la concentration en Fer sur lrsquoefficaciteacute du traitement

du BM pour deux solutions de concentration 10 et 40 mg L-1

en BM Les essais ont eacuteteacute

reacutealiseacutes en maintenant constante la concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

et en faisant varieacute la

concentration en Fe2+

de 02 agrave 134 mg L-1

correspondant agrave une variation du rapport R =

de 5 agrave 30

Figure 18 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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En absence de fer aucune baisse dans la concentration en BM nrsquoest observeacutee Pourtant degraves

lrsquoajout drsquoune faible concentration (02 mg L-1

) entraine une diminution progressive de la

couleur au cours du temps Il est eacutegalement observeacute que quel que soit la concentration initiale

en BM le temps de deacutegradation (td) du colorant est inversement proportionnel agrave la

concentration en Fe2+

en solution En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

td

passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 alors que pour une concentration

de 40 mg L-1

il passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig22)

Figure 19 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer industriel

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction du rapport R

[BM] = 10 mg L

-1 [BM] = 40 mg L

-1

kapp kapp

OR

DR

E

1

par

rapport

agrave B

M 30 00027 00125

15 00061 00321

10 0026 00496

5 02879 0103

Nous remarquons que lrsquoeffet de lrsquoaugmentation de la concentration en Fe2+

en solution sur la

cineacutetique de deacutegradation du BM est beaucoup plus important pour des faibles concentrations

(10 mg L-1

) que pour les fortes concentrations (40 mg L-1

) En effet pour une variation de R de

30 agrave 10 kapp eacutevolue de 27 10-4

min agrave 26 10-2

min soit un facteur 100 pour une concentration

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en BM de 10 mg L-1

alors qursquoelle eacutevolue de 00125 agrave 005 soit un facteur 4 pour une

concentration en BM de 40 mg L-1

Drsquoapregraves ces reacutesultats on peut conclure drsquoune faccedilon geacuteneacuterale que la preacutesence drsquoune forte

concentration du catalyseur favorise la formation des radicaux OHbull principaux responsable de

la deacutegradation du BM Pourtant il a eacuteteacute montreacute dans plusieurs eacutetudes (Brillas et al 2004

Diagne 2006 Oturan et al 1999) que le Fe2+

ajouteacute agrave forte dose entraine une perte du

rendement du proceacutedeacute puisque le Fe2+

en plus de son rocircle de catalyseur peut jouer un rocircle de

destructeur crsquoest-agrave-dire qursquoil piegravege les OHbull produits

Lrsquoeacutelimination des polluants reacutefractaires est donc tributaire de la preacutesence des ions meacutetallique

sauf qursquoil neacutecessite un apport important en Fe2+

ce qui entraine un coucirct (Bouafia 2010)

Crsquoest pour cette raison que nous avons opteacute pour lrsquoutilisation de la lateacuterite en faisant une

attaque acide afin drsquoextraire le fer pour traiter le BM

II- UTILISATION DE LATERITE

Les eacutechantillons de la lateacuterite choisie se preacutesentent tous sous forme de poudres de couleur

ocre Lrsquoapplication drsquoun proceacutedeacute qui neacutecessite des quantiteacutes preacutecis de fer est un peu difficile

pour un pays dont le taux drsquoalphabeacutetisation est seulement de 218 et un seuil de pauvreteacute

(PIB par habitant est eacutegal agrave 1500 $) En effet lrsquoajout drsquoune forte concentration du catalyseur

dans la solution agrave traiter peut diminuer lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute Fenton Lrsquoanalyse DRX a

montreacute que la lateacuterite existante au Burkina-Faso est riche en fer En effet pour la reacutegion de

Dano le pourcentage en fer atteint 44 en masse alors que pour Koubri il est de 31

La premiegravere question auquel on srsquoeacutetait poseacute est si le fer eacutetait facilement ex tractable ou bien il

neacutecessite une mineacuteralisation preacutealable

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

La figure ci-dessous montre lrsquoallure de lrsquoeffet de lit de lateacuterite de Dano drsquoune part et celui de

Koubri drsquoautre avec ajustement de pH dans une solution du BM de concentration 40 mg L-1

en maintenant ma concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 20 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

Nous observons que la solution du BM en contact avec le lit de Dano se deacutegrade plus vite que

celle en contact avec le lit de lateacuterite de Koubri Cela est ducirc au fait que la lateacuterite de Dano

libegravere plus facilement sa phase ferrique par rapport agrave celle de Koubri

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri)

Dans ce cadre nous avons compareacute lrsquoeffet drsquoun lit de lateacuterite (ajustement du pH) et une lateacuterite

attaqueacutee avec du H2SO4 sur une solution du BM agrave 40 mg L-1

La concentration en H2O2 eacutetant

maintenue agrave 6 mg L-1

(figure 24)

Figure 21 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri

La figure 24 montre que la quantiteacute de colorant deacutegradeacutee deacutecroit plus rapidement dans le cas

de lrsquoattaque acide Ce comportement est ducirc qursquoelle libegravere plus de Fe2+

en solution Le Fe2+

en

contact avec le H2O2 forme les radicaux hydroxyles (OHbull) pour le traitement des polluants

organiques par le proceacutedeacute Fenton

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

[BM] mg

L-1

Dano Koubri

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Rendement

()

4394 9991 364 9685

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Le taux drsquoabattement du BM par lrsquoattaque acide sur la lateacuterite de Dano est de 9991 apregraves

un temps de manipulation de 5 heures alors que celui du lit de lateacuterite (ajustement du pH) est

de 4394 pour le mecircme intervalle de temps

Cette diffeacuterence de rendement entre les lits de deux lateacuterites (Dano 4394 et Koubri

364) est due que la lateacuterite de Dano libegravere plus facilement sa phase ferrique que celle de

Koubri Etant donneacute que les phases ferriques sont les mecircmes pour les deux lateacuterites on

pourrait conclure que la diffeacuterence provient aussi du fait que la lateacuterite de Dano est beaucoup

plus riche en fer Ce qui facilite son extraction et que pour Koubri la phase Anastase en TiO2

pourrait gecircner son extraction

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et

Koubri)

Nous avons compareacute lrsquoefficaciteacute de 3 acides (sulfurique laquoH2SO4raquo chlorhydrique laquoHCl raquo et

nitrique laquoHNO3raquo) pour lrsquoextraction du fer des lateacuterites La concentration de la solution du

BM utiliseacutee est de 40 mg L-1

la concentration en H2O2 est toujours maintenue agrave 6 mg L-1

Figure 22 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri

La figure 25 montre que la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est la plus efficace pour la

deacutecoloration de la solution En effet Pour la lateacuterite de Dano le td est de 40 mn pour le H2SO4

et drsquoune heure (1h) et 1h30 pour le HNO3 et le HCl respectivement Pour celle de Koubri le

td de la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est drsquoune heure (1h) tandis que pour des deux autres

acides HCl et HNO3 les td sont respectivement de deux (2h) et quatre heure (4h)

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri

[BM] mg L-1

Dano Koubri

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Rendement () 9991 9890 9797 9685 9593 9223

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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On peut deacuteduire que lrsquoefficaciteacute de lrsquoattaque acide par le H2SO4 utiliseacute pour extraire le fer de

la lateacuterite est due au caractegravere diacide (H2SO4)

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri)

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig26)

Figure 23 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer extrait de la lateacuterite

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction des attaques acides (Dano et Koubri)

Attaque acide Dano Koubri

kapp

OR

DR

E 1 par

rapport

agrave B

M

HCl 00127 00094

HNO3 00131 00096

H2SO4 00142 00194

Nous remarquons que lrsquoutilisation de la lateacuterite de Dano ne change pas lrsquoordre apparent de la

vitesse de deacutegradation qui reste eacutegale 1 La valeur de kapp varie de 127 10-2

min-1

pour HCl et

142 10-2

min pour H2SO4 ce qui confirme bien le reacutesultat obtenu pour la figure 19

Pour la lateacuterite de Koubri la valeur de kapp varie de 910-3

min-1

pour HCl et 194 10-2

min-1

pour H2SO4

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer

de la lateacuterite (Dano et Koubri)

Sur la figure 27 nous avons superposeacute les reacutesultats obtenus pour la deacutegradation drsquoune solution

de 40 mg L-1

du BM en preacutesence de 6 mg L-1

de H2O2 avec lrsquoajout de Fer extrait de la lateacuterite

de Dano et Koubri drsquoune part et le fer industriel drsquoautre part

Figure 24 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel

Il est montreacute que le taux de deacutegradation obtenu est perceptiblement le mecircme seule reste un

handicap le temps de traitement 20 min pour le fer industriel 40 min pour le fer extrait de la

lateacuterite de Dano et 1h pour celui de Koubri

Le traitement par la lateacuterite de Dano est efficace et preacutesente donc un avantage certains

puisqursquoil permet de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du BM par rapport agrave celui par la lateacuterite de

Koubri qui deacutegrade seulement que 9796

Beaucoup drsquoeacutetudes ont eacuteteacute faites sur lrsquoeacutelimination du bleu de meacutethylegravene En utilisant le

charbon actif commercial CECA40 de granulomeacutetrie infeacuterieure agrave 125 μm Houas et al (1999)

ont eacutelimineacute 93 du BM dans lrsquoeau pour un temps de contact de 5heures Kumar and

Tamilarasan (2013) ont utiliseacute 01g de charbon actif agrave base des graines drsquoacacia pour eacuteliminer

9312 de BM Bennani et al (2010) ont eacutetudieacute lrsquoadsorption BM sur lrsquoargile brute et

purifieacutee Ils ont montreacute que le processus drsquoadsorption est tregraves rapide et que 95 de la quantiteacute

adsorbeacutee est atteinte pendant les dix premiegraveres minutes Talidi (2006) a utiliseacute la pyrophyllite

(argile) il a montreacute que lrsquoadsorption du BM est de lrsquoordre de 7845 6658 et 5471

respectivement pour les concentrations initiales de 75 225 et 374ppm Sassi and Bennour

(2011) ont utiliseacute le traitement biologique par Biosorption du BM par Pseudomonas

Aeruginosa isoleacute agrave partir drsquoune boue de laiterie a montreacute un taux drsquoeacutelimination du BM variant

de 45 agrave 55 aux valeurs de pH = 7 et 8

Nous pouvons dire que le traitement par la lateacuterite a permis de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du

BM par rapport aux eacutetudes faites en utilisant drsquoautres mateacuteriaux et que la lateacuterite recouvre

000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 100 200 300

[BM

] mg

Lˉˡ

temps de traitement (mn)

Attaque acide

(Dano)

Attaque acide

(Koubri)

Fer industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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33 du continent mondial ce qui pourrait rendre son utilisation moins chegravere par rapport aux

autres traitements (Fer industriel Charbon actifhellip) puis qursquoon nrsquoa pas fait une eacutetude

eacuteconomique pour voir son cout

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CONCLUSION

Ce travail qui a porteacute sur la deacutegradation du colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute

Fenton en comparant les performances obtenues entre lrsquoutilisation du fer industriel (Fenton

classique) et le fer extrait de la lateacuterite ont montreacute que

Pour lrsquoutilisation du fer industriel la deacutegradation du BM est obtenue agrave une valeur de 3 pour

une variation du rapport des concentrations R de 15 agrave 5 et que lrsquoutilisation du peroxyde (H2O2)

seul ne peut pas deacutegrader le BM car son pouvoir oxydant nrsquoest pas assez suffisant pour

pouvoir deacutegrader le colorant Lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute est donc intimement lieacutee agrave lrsquoexistence de

deux reacuteactifs En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

le temps de deacutecoloration

(td) passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 et pour celle de 40 mg L-1

il

passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R Le traitement du BM par proceacutedeacute

fenton est donc tributaire de lrsquoutilisation de Fe2+

Afin de minimiser le coucirct du traitement et surtout voir lrsquoefficaciteacute du traitement en utilisant la

lateacuterite nous avons essayeacute de remplacer le fer industriel par le fer extrait de la lateacuterite

provenant de deux reacutegions du Burkina-Faso Dano et Koubri

Les reacutesultats obtenus par lrsquoutilisation du fer de la lateacuterite sont inteacuteressants pour des eacutetudes sur

drsquoautres colorants En effet le lit de lateacuterite avec ajustement du pH a permis une deacutegradation du

colorant de 44 pour un temps de traitement de 5h tandis que le traitement par lrsquoattaque acide

lui a deacutegradeacute le BM de pregraves que 100 En effet les taux drsquoabattements pour lrsquoattaque acide de

la lateacuterite de Dano et de Koubri sont respectivement de 99 au bout de 40 min et de 97 pour

une manipulation drsquoenviron 1 h

Cette eacutetude sur la deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en utilisation le fer de la lateacuterite

nous a permis de montrer qursquoil est possible de simplifier de point de vue utilisation et coucirct le

proceacutedeacute Fenton pour les colorants syntheacutetiques drsquoeffluents industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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PERSPECTIVES

En perspectives il serait inteacuteressant

De faire une eacutetude approfondi pour voir le cout du traitement du proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite

Essayer de traiter drsquoautres familles de colorants en utilisant la lateacuterite attaqueacutee par

lrsquoacide pour voir lrsquoefficaciteacute du systegraveme

Appliquer le traitement sur des effluents textiles reacuteels

Imaginer un systegraveme de traitement agrave grand eacutechelle

Essayer le traitement sur drsquoautres polluants reacutecalcitrant PCB pheacutenol pesticides

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Page 10: Dégradation des effluents textiles (cas d’un colorant

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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LISTE DES ABREVIATIONS

A Absorbance de la lumiegravere (nm)

BM Bleu de meacutethylegravene

C Concentration massique ou molaire en soluteacute (mg L-1

ou Mmol L-1

)

C0 Concentration initiale du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

CA Code Article

CCI Chambre de Commerce et drsquoIndustrie

DBO Demande Biologique en Oxygegravene

DCO Demande Chimique en Oxygegravene

ENH Electrode Normal agrave Hydrogegravene

e- Electron

Fe2+

Fer ferreux

Fe3+

Fer ferrique

H2O2 peroxyde drsquohydrogegravene

H2SO4 Acide sulfurique

HCl Acide chlorhydrique

HNO3 Acide nitrique

I Intensiteacute lumineuse traverseacutee

I0 Intensiteacute initiale lumineuse

kapp constante de vitesse apparente

LEDES Laboratoire Eau Deacutepollution Ecosystegraveme et Santeacute

mL Milli litre

min Minute

nm Nanomegravetre

MΩ Meacutega ohm

OHbull Radicaux hydroxyles

POA Proceacutedeacute drsquoOxydation Avanceacutee

V Vitesse cineacutetique de deacutegradation

UV Ultra-violet

microScm Micro-siemens par cm

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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λ Longueur drsquoonde (nm)

α Ordre partiel

τ Rendement ou taux de deacutegradation ()

td Temps de deacutecoloration (min)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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INTRODUCTION GENERALE

Quel que soit le deacuteveloppement de la socieacuteteacute lrsquoeau reste un facteur primordial dans toutes les

couches socio-eacuteconomiques Malheureusement lrsquoeau douce disponible pour les humains et

aussi pour le reste de lrsquoeacutecosystegraveme repreacutesente moins de 1 du volume total drsquoeau sur terre et

la qualiteacute de la partie disponible et potentiellement utilisable par lrsquohomme nrsquoest que de 01

et nrsquoa cesseacute de se deacutegrader et parfois dlsquoune maniegravere irreacuteversible Selon lrsquoONG Water Aiumld 34

millions de personnes au Burkina-Faso nrsquoont pas accegraves agrave lrsquoeau potable

Lrsquoindustrie du textile est lrsquoune des industries la plus consommatrice drsquoeau (par exemple pour

teindre quelques 30 milliards de kilo de tissusan il faut consommer 4 milliards de tonnes

drsquoeauan) et geacutenegravere des rejets constitueacutes de moleacutecules organiques reacutecalcitrantes preacutesentant

geacuteneacuteralement des problegravemes de couleur de concentrations eacuteleveacutees de DBO de DCO de

matiegraveres en suspension ainsi que de toxiciteacute et de conductiviteacute eacuteleveacutees Selon la Banque

mondiale lrsquoindustrie textile est responsable de 17 agrave 20 de la pollution de leau dans le

monde En 2009 les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels La production mondiale des colorants est estimeacutee agrave plus de 800000

tonnesan (Mansour et al 2010) Drsquoapregraves la Chambre de Commerce et drsquoIndustrie du Burkina

(CCI) la quantiteacute de colorants importeacutee au Burkina-Faso est de 79 tonnes en 2012

Ces colorants dans lrsquoensemble sont toxiques de par leur composition et leurs modes

drsquoutilisation Ils sont susceptibles drsquoinduire chez lrsquoHomme des dermatoses voire des cancers

de la peau tant pour les personnes travaillant agrave la teinture des fibres textiles que via la

transpiration pour les personnes portant les vecirctements De plus les effluents non traiteacutes de ces

colorants sont responsable apregraves rejets de la deacutegradation de lrsquoenvironnement (des eaux de

surface et souterraines des sols voire de la veacutegeacutetation) Pour remeacutedier agrave tous ces impacts

neacutegatifs un traitement par deacutecoloration de ces effluents srsquoimpose avant tout rejet dans

lrsquoenvironnement

La deacutecoloration des rejets de lrsquoindustrie textile est souvent difficile car les colorants

organiques ne sont pas deacutegradeacutes par voies conventionnels En effet ces produits sont stables

aux agents oxydants aux rayonnements et reacutesistent fortement agrave la digestion aeacuterobie Pour cela

plusieurs types de traitement ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes et testeacutes notamment lrsquoosmose inverse la

preacutecipitationcoagulation des matiegraveres colorantes lrsquoadsorption sur charbon actif la filtration

membranaire (Barclay and Buckley2000) Cependant ces proceacutedeacutes classiques de traitement

ne reacutepondent pas agrave cette attente car ils sont pour la plupart non destructifs et tregraves couteux

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour reacutepondre agrave cette faille de nouveaux proceacutedeacutes ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes dont les proceacutedeacutes

drsquooxydation avanceacute (POA) qui sont des proceacutedeacutes de traitement oxydatif subdiviseacutes en quatre

groupes(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon

puisse utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et son

potentiel normal drsquooxydoreacuteduction est de 28VENH (Parsons 2004)

Le proceacutedeacute fenton un des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee est une technologie eacuteprouveacutee et

efficace pour la destruction drsquoun grand nombre de polluant organique Cette technique

consiste agrave initier des reacuteactions de deacutecomposition du peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) par des

sels meacutetalliques en vue de geacuteneacuterer des espegraveces radicalaires (OHbull HO2

bull etc) tregraves reacuteactives

Son inconveacutenient majeur est qursquoil neacutecessite une grande quantiteacute de produits chimiques en

phase homogegravene tels que le fer (Fe2+

) qui geacutenegravere un cout suppleacutementaire et conduit agrave la

geacuteneacuteration de grandes quantiteacutes de boues ou agrave la formation de deacuteriveacutes pour le traitement

Lrsquoobjectif de cet meacutemoire est drsquoeacutetudier la deacutegradation du bleu de meacutethylegravene modegravele de

colorant syntheacutetique textile par le proceacutedeacute fenton en remplaccedilant le fer industriel (Fe3+

Fe2+

)

par le fer extrait de la lateacuterite locale en vue de reacuteduire le cout des traitements des effluents

textiles Si cette expeacuterience au laboratoire donne des reacutesultats satisfaisants elle pourrait ecirctre

extrapoleacutee agrave grande eacutechelle et ecirctre une des solutions pour le traitement de rejets textiles par

des mateacuteriaux locaux en Afrique puisque la lateacuterite recouvre environ 33 de continent

africain et est tregraves abondante au Burkina-Faso

Apregraves une introduction geacuteneacuterale ce meacutemoire sera structureacute en trois (03) chapitres

Le premier chapitre sera consacreacute agrave une eacutetude bibliographique sur les colorants les

meacutethodes de traitements des effluents textiles et la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Le second chapitre abordera la partie mateacuterielles et meacutethodes Nous deacutecrirons les

protocoles expeacuterimentaux le mateacuteriel et les reacuteactifs employeacutes ainsi que les meacutethodes

expeacuterimentales utiliseacutees

Le troisiegraveme chapitre est consacreacute aux reacutesultats obtenus accompagneacutes drsquoune

discussion afin de comparer nos reacutesultats aux autres eacutetudes faites sur la deacutegradation du

bleu de meacutethylegravene (BM) par drsquoautres mateacuteriaux

Une conclusion geacuteneacuterale ainsi que quelques perspectives seront preacutesenteacutees en fin du

document

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE I REVUE BIBLIOGRAPHIQUE

I- LES COLORANTS (Caracteacuteristiques classification et toxiciteacute)

1- Historique des colorants

Depuis le deacutebut de lrsquohumaniteacute les colorants appliqueacutes dans pratiquement toutes les activiteacutes

humaines (peinture teinture du papier de la peau et des vecirctements) eacutetaient drsquoorigines naturelles

et veacutegeacutetales Ces colorants sont tous des composeacutes aromatiques qui proviennent essentiellement

des plantes tel que lrsquoalizarine et lrsquoindigo Lrsquoindustrie des colorants syntheacutetiques est neacutee en 1856

quand le chimiste anglais W H Perkin dans une tentative de synthegravese de la quinine artificielle

pour soigner la malaria a obtenu la premiegravere matiegravere colorante syntheacutetique qursquoil appela

mauve (aniline colorant basique) Apregraves la deacutecouverte de la mauve de nouveaux colorants

ont commenceacute agrave paraitre sur le marcheacute (Jaussaud 1993)

Au deacutebut du 20egraveme

siegravecle les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels Selon Mansour et al (2010) la production mondiale des colorants est

estimeacutee agrave plus de 800000 tonnesan

2- Deacutefinition des colorants

Un colorant est une substance coloreacutee qui interagit avec le milieu dans lequel elle est introduite

et le colore en srsquoy dissolvant etou dispersant lui confeacuterant la proprieacuteteacute de teindre Cette

proprieacuteteacute reacutesulte drsquoune affiniteacute particuliegravere entre le colorant et la fibre Selon le type

drsquoapplication et drsquoutilisation les colorants syntheacutetiques doivent reacutepondre agrave un certain nombre

de critegraveres afin de prolonger la dureacutee de vie des produits coloreacutes sur lesquels ils sont appliqueacutes

Ces critegraveres sont la reacutesistance agrave lrsquoabrasion la stabiliteacute photolytique des couleurs la reacutesistance

agrave lrsquooxydation chimique (notamment les deacutetergents) et aux attaques microbiennes(Pagga and

Brown 1986) et (Zawlotzki Guivarch 2004)

3- Classification des colorants syntheacutetiques

Les matiegraveres colorantes se caracteacuterisent par leur capaciteacute agrave absorber les rayonnements lumineux

dans le spectre visible (de 380 agrave 750 nm) La transformation de la lumiegravere blanche en lumiegravere

coloreacutee par reacuteflexion sur un corps ou par transmission ou diffusion reacutesulte de labsorption

seacutelective deacutenergie par certains groupes datomes appeleacutes chromophores la moleacutecule colorante

eacutetant le chromogegravene Dautres groupes datomes du chromogegravene peuvent intensifier ou changer

la couleur due au chromophore ce sont les groupes auxochromes (Barka 2008)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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4- Les colorants aziniques (thiazines)

Les colorants thiazines sont analogues aux colorants oxazines sauf que lrsquoatome de soufre

remplace lrsquoatome drsquooxygegravene dans lrsquoanneau heacuteteacuterocyclique Ces colorants ont un noyau

phenazonium comme chromophore avec des groupes amineacutes en para par rapport au soufre

comme auxochrome Ils ont un intervalle de couleur du vert au bleu et ils sont stables agrave la

lumiegravere Ils sont utiliseacutes dans le domaine du textile meacutedecine pharmacie et biologie

Seulement cinq colorants thiazines sont connus et toujours fabriqueacutes azure A azure B azure C

thionine et bleu de meacutethylegravene

Le colorant thiazine le plus important est le bleu de meacutethylegravene deacutecouvert par Caro en 1876

Colorants doxazines Colorants thiazines

Oxazines

Thiazine

5- Toxiciteacute des colorants

La prise de conscience quant agrave la dangerositeacute de certains colorants a commenceacute vers 1890 ougrave

lrsquoon surveillait essentiellement les teneurs en cuivre en arsenic et en plomb dans les colorants

syntheacutetiques ou mineacuteraux Cependant bien que des toxicologues aient auparavant mis en

eacutevidence chez les animaux le risque de cancer lieacute agrave lrsquoingestion de certains colorants azoiumlques

rouges ce nrsquoest qursquoapregraves la deuxiegraveme (2egraveme

) guerre mondiale que des seacuterieux tests biologiques

ont abouti agrave la remise en cause de la plupart des colorants utiliseacutes Une reacuteglementation plus

exigeante a eacuteteacute instaureacutee en 1960 concernant le test de toxicologique des colorants mis sur le

marcheacute Pour le cas du Burkina-Faso il yrsquoa un deacutecret ndeg2001-185 (article 12) portant

interdiction de rejet dans lrsquoenvironnement de certaines substances canceacuterigegravenes dans

lrsquoenvironnement

6- Proprieacuteteacutes physico-chimiques du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene colorant azinique (thiazine) de la famille basique ou cationique aussi

appeleacute chlorure de bis-(dimethylamino)- 37 phenazathionium est soluble dans lrsquoeau (50 g L-1

) et

moins soluble dans lrsquoalcool (10 g L-1

) Sa formule chimique est C16H18ClN3S une masse molaire

de 319852 g mol-1

se preacutesente sous forme drsquoune poudre cristalline drsquoun bleu fonceacute est un deacuteriveacute

azoteacute (Fig1)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 1 Bleu de meacutethylegravene et sa structure chimique

Il est couramment utiliseacute comme modegravele de contaminant organique en raison de sa structure

moleacuteculaire stable Dans la reacuteaction de reacuteduction le BM se transforme en leuco meacutethylegravene

incolore due agrave la perte du doublet libre de lrsquoazote et introduction drsquoun atome drsquohydrogegravene

Le BM sous sa forme incolore est

(Eq 1)

bleu de meacutethylegravene chlorure de meacutethylthioninium

S

N

N NCl-

hydroxyde de meacutethylthioninium

S

N

N N HO

Figure 2 Forme incolore du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene est le colorant le plus couramment utiliseacute dans la teinture du coton du bois

et de la soie Il peut provoquer des brucirclures oculaires responsables de blessures permanentes aux

yeux de lrsquohomme et des animaux Son inhalation peut donner lieu agrave des difficulteacutes respiratoires

entrainer des cas drsquoaneacutemie apregraves une absorption prolongeacutee et son ingestion par la bouche produit

une sensation de brucirclure provoque des nauseacutees des vomissements transpiration et sueurs

froides abondantes (Ghosh and Bhattacharyya 2002) Il est aussi est toxique pour les algues et

les petits crustaceacutes agrave partir des concentrations de 01 mg L-1

et 2 mg L-1

respectivement (Ounissa

1996 Meink et al 1997)

Le traitement des rejets industriels contenant ce type de colorant srsquoavegravere drsquoun grand inteacuterecirct

II- TRAITEMENT DES REJETS TEXTILES

1- Geacuteneacuteraliteacutes sur les meacutethodes de traitements

Le traitement des rejets textiles compte tenu de leur heacuteteacuterogeacuteneacuteiteacute de composition conduira

toujours agrave la conception drsquoune chaine de traitement assurant lrsquoeacutelimination des diffeacuterents

polluants par des eacutetapes successives La premiegravere eacutetape consiste agrave eacuteliminer la pollution par

lrsquointermeacutediaire de preacutetraitement (deacutegrillage dessablage deacuteshuilage etc) etou de traitement

physique ou physico-chimique assurant une seacuteparation solide-liquide Drsquoapregraves Barclay and

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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Buckley (2000) les techniques de deacutepollution intervenant le plus courant en deuxiegraveme eacutetape

dans les industries se divisent en trois cateacutegories

1- Biologique

Traitement aeacuterobie

Traitement anaeacuterobie

2- Physique

Meacutethode de preacutecipitation (coagulation floculation seacutedimentation)

Adsorption (sur charbon actif)

Osmose inverse filtration sur membrane

3- Chimique

Oxydation (oxygegravene ozone oxydants tels que le H2O2 NaOCl)

Reacuteduction (Na2S2O2)

Meacutethode de complexomeacutetrique

Reacutesine eacutechangeuse drsquoions

A- Meacutethodes biologiques

Lrsquoavanceacutee technologique a permis la conception des systegravemes de traitement biologique

perfectionneacutes en se basant sur lrsquoautoeacutepuration naturelle des eaux Ces proceacutedeacutes biologiques se

font selon deux modes traitements en aeacuterobie (en preacutesence de lrsquooxygegravene) et traitement en

anaeacuterobie (les microorganismes deacutegradent la matiegravere organique en absence de lrsquooxygegravene)

Les proceacutedeacutes drsquoeacutepuration par voie biologique sont baseacutes sur la transformation microbienne des

colorants La plupart des colorants azoiumlques sont tregraves stables et non biodeacutegradables Beaucoup

drsquoeacutetudes ont deacutemontreacute la biodeacutegradation partielle ou complegravete de certains colorants par voie

biologiques (Adnosinda et al 2003) et (Lopez et al 2004) Mecircme si ces techniques sont

adapteacutees agrave un nombre de polluants organiques elles ne sont pas toujours applicables sur les

effluents textiles industriels en raison de fortes concentrations de polluants de leur toxiciteacute qui

entrainent la destruction des microorganismes ou des boues biologiques agrave traiter

B- Meacutethodes physiques

Lorsque les eaux useacutees ne se precirctent pas agrave une deacutepollution par voie biologique (effluent peu ou

pas biodeacutegradable tempeacuterature trop faible valeurs extrecircmes de pH preacutesence de toxiques)

des proceacutedeacutes physico-chimiques classiques permettent de compenser soit en se substituant

totalement agrave lrsquoeacutepuration par voie biologique soit en traitement compleacutementaire On peut citer

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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par exemple la coagulation-floculation suivie drsquoune deacutecantation (clarification) lrsquoadsorption sur

charbon actif lrsquoeacutechange drsquoions ou la filtration membranaire

B1- Coagulation-floculation

Sous le terme de coagulationndashfloculation on entend tous les processus physico-chimiques par

lesquels des particules colloiumldales ou des solides en fine suspension sont transformeacutes par des

floculants chimiques en espegraveces plus visibles et seacuteparables (les flocs) Les flocs formeacutes sont

ensuite seacutepareacutes par deacutecantation et filtration puis eacutevacueacutes Les coagulants inorganiques tels que

lrsquoalun (Al2(SO4)314H2O) donnent les reacutesultats plus que satisfaisants pour la deacutecoloration des

effluents textiles contenant des colorants disperseacutes de cuve et soufreacutes mais sont totalement

inefficaces pour les colorants azoiumlques acides et basiques (Barclay and Buckley 2000) et

(Vendevivere et al 1998) Par ailleurs la coagulationndashfloculation ne peut ecirctre utiliseacutee pour les

colorants fortement solubles dans lrsquoeau comme le cas du BM

Le principal deacutesavantage de cette technique est qursquoelle geacutenegravere une importante quantiteacute de boue

entrainant des investissements suppleacutementaires

B2- Filtration membranaire

Dans ce proceacutedeacute les polluants sont retenus par une membrane semi permeacuteable dont le diamegravetre

des pores est infeacuterieur agrave celui des moleacutecules agrave eacuteliminer Cette technique est largement utiliseacutee

dans le domaine de lrsquoeau potable et le dessalement La filtration sur membrane sous lrsquoeffet

drsquoune pression hydraulique se deacutecline en microfiltration lrsquoultrafiltration la nano filtration et

lrsquoosmose inverse Parmi les quatre types de proceacutedeacutes la nano filtration et lrsquoosmose inverse sont

les plus adapteacutes agrave la reacuteduction partielle de la couleur et des petites moleacutecules organiques

(Taylor and Jacobs 1996) (Calobro et al 1990) En effet la nano filtration srsquoapplique surtout

au traitement des bains de teinture de colorants reacuteactifs en agissant comme un filtre moleacuteculaire

tandis que la microfiltration retient les mateacuteriaux colloiumldaux tels que les colorants disperseacutes ou

de cuve gracircce agrave une laquomembrane eacutecranraquo (Van der Bruggen et al 2003) Lrsquoultrafiltration ne

srsquoapplique qursquoagrave la reacuteduction de DCO et des solides en suspension (Anselme and Jacobs 1996)

et nrsquoest reacuteellement efficace qursquoen combinaison avec la coagulationfloculation

B3- Adsorption sur charbon actif et autres mateacuteriaux

Le polluant est transfeacutereacute de la phase liquide vers la phase solide lors de lrsquoadsorption Le

charbon actif eacutetant consideacutereacute comme lrsquoadsorbant le plus efficace pour la reacuteduction de la

couleur est limiteacute pour lrsquoeacutelimination de certains colorants Seuls les cationiques colorant agrave

mordant disperseacutes ou dits de cuve sont eacutelimineacutes par cette technique (Raghavacharya 1997)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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C- Meacutethodes chimique

Les techniques drsquooxydation chimiques sont geacuteneacuteralement appliqueacutees quand les proceacutedeacutes

biologiques sont inefficaces Elles peuvent ecirctre ainsi utiliseacutees pour les proceacutedeacutes biologiques en

eacutetapes de preacutetraitement afin de diminuer la charge polluante Lrsquooxydation chimique est

eacutegalement appliqueacutee pour le traitement des organiques dangereux preacutesents en faibles

concentrations et des effluents chargeacutes de constituants reacutesistants aux meacutethodes de

biodeacutegradation Le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) le Cl2 et O3 sont les reacuteactifs les plus souvent

utiliseacutes pour ce type de traitement Le H2O2 est un oxydant moyennement fort et son application

pour le traitement des polluants organiques et inorganiques est bien eacutetablie (Neyens et al

2003) Mais lrsquooxydation par H2O2 nrsquoest pas suffisamment efficace pour de fortes concentrations

en colorant Hamada et al (1998) ont proposeacute de traiter les colorants azoiumlques par hypochlorure

de sodium Cependant si la moleacutecule initiale est deacutetruite les halogegravenes sont susceptibles de

former des trihalomeacutethanes comme sous-produits de deacutegradation lesquels sont canceacuterigegravenes

pour lrsquoHomme

Drsquoougrave la neacutecessiteacute drsquoutiliser des produits drsquooxydation encore plus performant comme les

proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutes (POA)

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation

Avanceacutee (POA)

Lrsquoindustrialisation intensive qui a vu le jour au cours du dernier siegravecle a causeacute lrsquoapparition dans

lrsquoenvironnement de polluants eacutemergents reacutefractaires qui sont reconnus canceacuterigegravenes et

mutagegravenes Dans lrsquooptique de limiter la pollution de lrsquoenvironnement des strateacutegies de

traitement efficaces et eacutecologiques ont eacuteteacute deacuteveloppeacutees Parmi ces strateacutegies se trouve

lrsquoapplication des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee (POA) Figure 3

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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Il srsquoagit de proceacutedeacutes de traitement oxydatif qui peuvent ecirctre subdiviseacutes en quatre groupes

(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse

utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et reacutepondent aux

critegraveres suivant (Suty et al 2003)

Ne pas induire de pollution secondaire

Non toxique

Non corrosif pour les eacutequipements

Etre le plus rentable possible

Etre relativement le plus simple agrave manipuler

Les OHbull sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse utiliser dans le domaine des

eaux et des effluents industriels avec une vitesse drsquooxydation (109

fois plus eacuteleveacutee) agrave celle de

lrsquoozone et son potentiel drsquooxydation est de 28 VENH (Parsons 2004) Tableau 1

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique

Oxydant Pouvoir oxydant Edeg (VENH)

OHbull 280

Oo 242

O3 207

H2O2 (milieu acide) 178

Cl2 136

O2 123

Plusieurs secteurs ont utiliseacutes ces proceacutedeacutes pour traiter leurs eaux par exemple Parsons (2004)

lrsquoa utiliseacute pour le traitement des eaux de surface et souterraines Martinez-Huitle and Ferro

(2006) lrsquoont utiliseacute pour le traitement des eaux industrielles Hayet (2011) lrsquoa testeacute dans

lrsquoeacutelimination du 4- chloropheacutenol Hsing et al (2007) et Wu and Chang (2006) ont lrsquoutiliseacute pour

deacutecolorer les eaux des industries textiles Bouafia (2010) a utiliseacute le proceacutedeacute drsquooxydation

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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avanceacutee baseacutee sur le reacuteactif de fenton pour deacutegrader les colorants textiles Derradji (2012) a

coupleacute le POA avec un traitement biologique pour le traitement des eaux useacutees industrielles

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

)

Fenton avait deacutecrivit agrave la fin du XIX egraveme

siegravecle que le fer ferreux (Fe2+

) favorisait fortement

lrsquooxydation de lrsquoacide maleacuteique par le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) en milieu acide (Fenton

1894) Des travaux ulteacuterieurs ont montreacute que la combinaison de H2O2 et de Fe2+

nommeacute

laquo Reacuteactif de Fenton raquo eacutetant un oxydant efficace pour une grande varieacuteteacute de substrats

organiques notamment les pheacutenols les pesticides les aromatiques polycycliques et des

colorants en particulier les azoiumlques (Spadaro et al 1994 Benitez et al 2001 De Heredia et

al 2001) Quarante (40) ans plus tard Haber and Weiss (1934) identifiaient le radical

Hydroxyl comme eacutetant lrsquoespegravece oxydante de la reacuteaction preacutesenteacutee ci-dessous et communeacutement

appeleacutee reacuteaction de Fenton

(Eq2)

Le fer ferrique geacuteneacutereacute peut ensuite reacuteagir avec le peroxyde drsquohydrogegravene pour redonner le fer

ferreux

(Eq3)

La vitesse de deacutecomposition de H2O2 par le Fer II augmente lorsque le pH augmente (le 5) car

dans cette gamme de pH la forme preacutedominante Fe(OH) 2+

est beaucoup plus reacuteactive que lrsquoion

Fe2+

(Kuo 1992)

Lrsquoeacutetude de la deacutepollution des effluents textiles coloreacutes par le proceacutedeacute Fenton (systegraveme H2O2

Fe2+

) a eacuteteacute reacuteveacuteleacutee tregraves efficace et plusieurs eacutetudes ont montreacute que le taux de mineacuteralisation des

colorants syntheacutetiques augmente avec lrsquoaugmentation des doses des reacuteactifs et du temps de

reacuteaction Le rapport des reacuteactifs R =

et le rapport

joue aussi un rocircle important

dans la vitesse de deacutegradation de colorants de deacutepart et sur le taux de mineacuteralisation (Kuo

1992)

Le proceacutedeacute Fenton possegravede trois (03) caracteacuteristiques attractives pour le traitement des

composeacutes organiques (Redha 2011)

Les radicaux hydroxyles OHbull produits reacuteagissent tregraves rapidement (10

9 fois plus reacuteactif

que le O3)

Les reacuteactifs sont simples agrave manipuler et sans danger pour lrsquoenvironnement

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Les produits finaux de deacutegradation (H2O CO2 ions mineacuteraux et hydroxydes ferriques)

nrsquointroduisent pas une pollution suppleacutementaire

Le proceacutedeacute de Fenton est composeacute geacuteneacuteralement de quatre eacutetapes principales ajustement du

pH oxydation neutralisation et coagulationpreacutecipitation Pour lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute la

reacuteaction de fenton ne peut se produire qursquoagrave un pH voisin ou eacutegal agrave 3 ce qui reacutesulte un ajout des

solutions acides Au-delagrave des valeurs de pH comprises entre 3 et 4 le fer (Fe2+

ou Fe3+

) est

susceptible de preacutecipiter et former des hydroxydes de fer induisant ainsi une faible activiteacute

catalytique Le milieu doit ecirctre approvisionneacute drsquoune maniegravere continue Ce qui peut alourdir les

couts de traitement

Le proceacutedeacute Fenton est consideacutereacute aujourdrsquohui comme le proceacutedeacute dont sa mise en œuvre est facile

et plus utiliseacute dans le monde pour le traitement drsquoeffluents industriels textiles mais le proceacutedeacute

est limiteacute par le manque de geacuteneacuteration du catalyseur qui neacutecessite geacuteneacuteralement un apport

constat en reacuteactif et qui contraint de ce fait agrave lrsquoapprovisionner en continu le milieu en peroxyde

drsquohydrogegravene (H2O2) tregraves couteux

III- LA LATERITE

Le Burkina-Faso est un pays de lrsquoAfrique occidentale avec une superficie de 274 000 kmsup2 et le

recouvrement lateacuteritique est un caractegravere dominant des paysages peacuteneacuteplaines ou tabulaires qui

caracteacuterisent sa plus grande partie Les lateacuterites se preacutesentent sous forme de plateaux eacutetendus

buttes teacutemoins cuirasses indureacutes etc Lrsquoeacutepaisseur de ces lateacuterites varie selon la nature des

formations sur lesquelles elles se reposent

La lateacuterite (du latin later brique) est une roche rouge ou brun qui se forme par alteacuteration des

roches sous les climats tropicaux Elle est constitueacutee du fer (Limonite ferrihydrite geothite

heacutematite) drsquoaluminium (Gibbsite cliachite boehmite) de titane de manganegravese et de

silicium On la trouve surtout en domaine intertropical et recouvre 33 des continents

Pour lrsquoeacutetude de la deacutegradation du colorant BM nous avons utiliseacute deux types de lateacuterite

provenant lrsquoune de la reacutegion de Koubri dans le Centre et contenant 314 de fer et lrsquoautre dans

la reacutegion Sud-Ouest du Burkina-Faso contenant 447 pour le traitement (Figure 4) Ces

lateacuterites ont eacuteteacute caracteacuteriseacutees au Laboratoire CRISMAT (Centre National de Recherche et de

Technologie Mateacuteriaux ENSI Caen) en France

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE

Lrsquoutilisation des substances organiques dans lrsquoindustrie sans traitement est la deacutegradation de la

qualiteacute des eaux qui se reacutepercute sur la santeacute de lrsquoecirctre humain Dans ce chapitre nous allons voir

les produits et mateacuteriels ainsi que la meacutethodologie expeacuterimentale utiliseacutes pour la deacutegradation du

colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute Fenton en phase homogegravene en utilisant le fer

industriel puis le fer extrait de la lateacuterite

Nous preacutesentons en premier lieu la technique du dosage du BM et les reacuteactifs utiliseacutes pour la

deacutegradation de notre colorant Nous eacutevoquons les techniques de caracteacuterisation de la lateacuterite par

diffraction des rayons X et analyse quantitative

I- PRODUITS ET MATERIELS

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite)

Pour lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite nous avons utiliseacute

certains reacuteactifs qui sont illustreacutes dans le tableau 2

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes

Produits Fournisseur Qualiteacute

Bleu de meacutethylegravene Fluka 96

Peroxyde drsquohydrogegravene

(H2O2)

Preacutepareacute par

Laboratoires Gilbert (CA 655-

301-3)

9

Acide sulfurique (H2SO4) Sigma-Aldrich (CA 7664-93-9) 95-97

Sulfate ferreux (FeSO4

7H2O

Fluka Chemika (CA44990) 98

Hydroxyde de Sodium

NaOH

Sigma Aldrich 32

Eau ultra-pure ou Milli-Q Polisseur drsquoeau du LEDES 0055 microScm ou 183

2- Mateacuteriels utiliseacutes

Les mateacuteriels utiliseacutes pour les suivis cineacutetiques de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite sont la spectrophotomeacutetrie DR 5000 la lateacuterite et les trois types drsquoacides

lrsquoacide sulfurique lrsquoacide chlorhydrique lrsquoacide nitrique pour lrsquoextraction du fer de la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM

Les eacutechantillons de lateacuterites utiliseacutees lors de ce travail ont eacuteteacute caracteacuteriseacutes au Laboratoire

CRISMAT (Centre National de Recherche Technologique Mateacuteriaux ENSI Caen) en France Ils

proviennent de deux reacutegions du Burkina-Faso (Dano et Koubri) contiennent respectivement 44

7 et 314 de fer et ont eacuteteacute obtenus par les analyses en diffraction des rayons X (DRX) et en

microscopie eacutelectronique agrave balayage (MEB)

Le principe de lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS

Lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS est une analyse quantitative en des points ou zones speacutecifiques dun

eacutechantillon en utilisant la spectromeacutetrie agrave seacutelection deacutenergie (EDS)

Son principe est que par lintermeacutediaire dun canon agrave eacutelectrons un faisceau deacutelectrons est envoyeacute

sur leacutechantillon En contact avec la matiegravere ces eacutelectrons interagissent de diffeacuterentes faccedilons

Le MEB-EDS du laboratoire va permettre dexploiter trois informations distinctes dont deux qui

vont ecirctre traduites en images

-Une image en eacutelectrons secondaires (SE) qui naicirct dune interaction entre les eacutelectrons du

faisceau et les eacutelectrons des couches eacutelectroniques de latome et qui nous donnera une

information topographique de leacutechantillon

- Une image en eacutelectrons reacutetrodiffuseacutes (BSE) qui reacutesulte de linteraction entre les eacutelectrons du

faisceau le noyau et le nuage eacutelectronique de latome et qui permettra de creacuteer une image par

contraste chimique

- Une troisiegraveme information que lon obtient est une analyse eacuteleacutementaire le microscope

eacutelectronique agrave balayage eacutetant coupleacute agrave un deacutetecteur de rayons X agrave dispersion deacutenergie

Le principe de lrsquoanalyse par Diffraction Rayon X (DRX)

La diffraction des rayons X est une technique danalyse fondeacutee comme son nom lrsquoindique sur la

diffraction des rayons X sur la matiegravere La diffraction des rayons X est un pheacutenomegravene

dinterfeacuterence constructive qui se produit quand un faisceau de rayons X (onde

eacutelectromagneacutetique) peacutenegravetre dans un cristal (empilement peacuteriodique datomes) Il peut donc

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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apparaitre quand on place un monocristal un poly-cristal ou une poudre devant une source de

rayons X Lemplacement des faisceaux diffracteacutes nous informe sur la peacuteriodiciteacute du (des) cristal

tandis que lintensiteacute de ces faisceaux nous informe sur la nature et la position des atomes

contenus dans le cristal La position des intensiteacutes diffracteacutees nous renseignera sur la taille de la

maille tandis que lintensiteacute nous permettra de calculer la position des atomes dans la maille

ainsi que leur nature Les proprieacuteteacutes chimiques ou physiques dun mateacuteriau deacutependent de la

position et la nature des atomes du cristal

Les caracteacuteristiques du diffractomegravetre des eacutechantillons de la poudre de lateacuterite analyseacutee sur un

diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 eacutequipeacute drsquoun monochromateur avant et drsquoun deacutetecteur Lynx-

Eye sont rassembleacutees dans le tableau et figures ci-dessous

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Position initiale [deg2Th] 10 0050

Position finale [deg2Th] 99 9910

Taille [deg2Th] 00110

Temps drsquoeacutetape de balayage [s] 1170

Fente de divergence Fixed

Fente de divergence [mm] 2

Tempeacuterature de mesure [degC] 21

Mateacuteriel drsquoanode Cu

K Alpha 1 [Aring] 154060

Geacuteneacuterateur 40 mA 40 kV

Monochromateur de rayon incident Oui

Rotation Non

Ouverture de deacutetecteur [deg] 35

Deacutetecteur de discrimination LL [V] 017

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Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri

Les diffeacuterentes phases des eacutechantillons de lateacuterites par lrsquoanalyse en diffraction RX sont

reacutecapituleacutees sur ce tableau

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

Phase Koubri Dano

-massique -massique

Phase majoritaire Kaolinite 333 36

Quartz 326 161

Deuxiegraveme sous-ensemble de phase Goethite FeO(OH) 211 352

Heacutematite Fe2O3 73 63

Ferrite

(fer-alpha)

3 32

Phase anatase TiO2 27

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II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene

La solution megravere du BM de concentration 1 g L-1

a eacuteteacute preacutepareacutee en mettant les cristaux dans un

litre drsquoeau distilleacutee Les solutions standard pour lrsquoeacutetablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage ont

eacuteteacute obtenues par des dilutions successives jusqursquoaux concentrations deacutesireacutees

Le suivi de lrsquoeacutevolution de la concentration du BM au cours du temps est fait par

spectrophotomeacutetrie UVVisible

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible

La spectrophotomeacutetrie est une technique analytique quantitative qui consiste agrave mesurer

lrsquoabsorbance ou la densiteacute optique drsquoune substance chimique donneacutee en solution La meacutethode

repose sur la loi de Beer-Lambert qui eacutenonce

Lorsqursquoune substance absorbe de la lumiegravere dans le domaine de lrsquoultra-violet et du

visible lrsquoeacutenergie absorbeacutee provoque des perturbations dans la structure eacutelectronique des

atomes ions ou moleacutecules Un ou plusieurs eacutelectrons utilisent cette eacutenergie pour sauter

drsquoun niveau de basse eacutenergie agrave un niveau de plus haute eacutenergie Ces transitions

eacutelectroniques se font dans le domaine de 350 agrave 800nm pour le visible et entre 200 agrave 350

nm pour lrsquoultra-violet

Un milieu homogegravene traverseacute par la lumiegravere absorbe une partie de celle-ci les

diffeacuterentes radiations constituant le faisceau incident sont diffeacuteremment absorbeacutees

suivant leur longueur drsquoonde et les radiations transmisses sont alors caracteacuteristiques du

milieu

Soit un rayon lumineux monochromatique de longueur drsquoonde λ traversant un milieu

homogegravene drsquoeacutepaisseur l Le taux de deacutecroissance de lrsquointensiteacute lumineuse en fonction de

lrsquoeacutepaisseur du milieu absorbant est donneacute par la loi de Lambert

A= log (

) (Eq4)

Avec

I0 intensiteacute initiale de la lumiegravere traverseacutee

I intensiteacute de la lumiegravere transmise

A absorbance

La spectrophotomeacutetrie UVVisible permet de suivre la deacutecoloration des solutions gracircce aux

absorbances qui eacutevoluent en fonction du temps de traitement Elle permet eacutegalement de suivre

lrsquoeacutevolution des ions gracircce agrave leurs diffeacuterents dosages

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3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM

a- Deacutetermination des longueurs drsquoondes drsquoabsorption maximale

Le spectre drsquoabsorbance du BM a eacuteteacute balayeacute entre 200 et 800 nm afin de suivre quantitativement

sa concentration Les pics de notre colorant sont obtenus agrave 661nm et 291nm (fig 8) Les

diffeacuterentes absorbances ont eacuteteacute deacutetermineacutees et une courbe deacutetalonnage a eacuteteacute traceacutee en utilisant

des solutions standard variant de 0 agrave 8 mg L-1

pour les deux longueurs drsquoondes

Figure 8 Spectre du Bleu de meacutethylegravene

b- Etablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage du BM

La concentration [Fx] des solutions eacutetalon varie de 1 agrave 8 mg L-1

Les volumes agrave preacutelever sont

calculeacutes en appliquant lrsquoeacutequation suivante

(Eq5)

Avec [Fx] - Concentration de lrsquoeacutetalon

Vx - Volume drsquoeacutetalon agrave preacuteparer

[M] - Concentration de la solution megravere

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene

Solution Zero 1 2 3 4 5

Concentration [mgL-1] 0 2 3 4 6 8

Volume neacutecessaire [mL] 0 02 03 04 06 08

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Pour tracer la courbe drsquoeacutetalonnage nous avons introduit les diffeacuterents volumes dans des fioles de

100 mL ensuite nous avons compleacuteteacute agrave lrsquoeau distilleacutee jusqursquoau trait de jauge On a mis la

spectrophotomeacutetrie en marche et proceacutedeacute agrave la lecture du blanc puis successivement des solutions

eacutetalons

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm)

Solution 0 1 2 3 4 5

Con (mg L-1

) 0 2 3 4 6 8

Absorbance (nm) pour λ = 661 0 085 13 18 23 3

Absorbance (nm) pour λ = 291 0 04 06 09 12 17

Figure 9 Courbe deacutetalonnage (λmax = 661 nm et λmax = 291 nm) variation de labsorbance en

fonction de la concentration du BM

4- Preacuteparation des solutions de fer

a- Solution de fer industriel

Le reacuteactif utiliseacute est le sulfate ferreux ou sulfate de fer (II) drsquoune poudre blanchacirctre agrave lrsquoeacutetat

anhydre dont la formule est FeSO4 7H2O Pour la preacuteparation du Fe2+

de concentration 3 g L-1

nous avons verseacute 3 g du sulfate ferreux anhydre dans une fiole de 1 L contenant 500 mL drsquoeau

milli-Q puis ajouter une (1) goutte drsquoacide sulfurique (H2SO4) concentreacute agrave 98 dans la fiole et

laisser agiter pendant 30 secondes Apregraves compleacuteter jusqursquoau trait de jauge et placer sous

agitation durant 1 h jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune solution de couleur rouge brique

b- Solution de fer de la lateacuterite

Pour la deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite les solutions de la lateacuterite

ont eacuteteacute preacutepareacutees de la maniegravere suivante

Pour le lit de lateacuterite nous avons preacuteleveacute

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

Compleacuteter drsquoeau milli-Q (eau ultra pure) jusqursquoau trait de jauge

y = 03938x

Rsup2 = 09869

0

05

1

15

2

25

3

35

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

661nm

y = 02094x

Rsup2 = 09972

0

02

04

06

08

1

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

291 nm

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Ajuster par la suite le pH de la solution agrave 3 avec lrsquoacide sulfurique (concentreacute agrave

95-97)

Figure 8 Lit de lateacuterite

Pour la lateacuterite attaqueacute par de lrsquoacide concentreacute pour lrsquoextraction du Fer

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

30 m L drsquoacide (HClHNO3H2SO4)

Ajouter avec prudence 20 mL drsquoeau milli-Q pour avoir 50 mL de solution

Preacutelever le surnageant pour le traitement du bleu de meacutethylegravene

Figure 9 Attaque acide de la lateacuterite

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton

Lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM srsquoest faite par trois diffeacuterentes eacutetapes

Une solution du BM est soumise agrave un traitement par proceacutedeacute Fenton en utilisant du H2O2

et le fer industriel (Fe2+

) ajustement du pH agrave 3 (Fig12)

Figure 10 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel

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Pour la deacutegradation du BM en utilisant la lateacuterite deux eacutetapes ont eacuteteacute imageacutes lrsquoune par

un lit de lateacuterite et lrsquoautre par la lateacuterite attaqueacutee par trois types drsquoacides (Fig13)

Figure 11 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM

Nous avons deacutetermineacute la cineacutetique de deacutecoloration agrave partir des valeurs des absorbances trouveacutees

agrave 661nm La deacutetermination de la constante de vitesse kapp permet de donner un ordre de

grandeur de la vitesse Expeacuterimentalement on peut montrer que la vitesse de reacuteaction bilan du

BM srsquoeacutecrit de la maniegravere suivante

Bleu de meacutethylegravene + OHbull rarr sous-produit du bleu de meacutethylegravene (Eq6)

Pour la cineacutetique drsquoordre 1

V = -

= kapp (Eq7) reacuteaction de pseudo ordre un laquo1 raquo

Avec

V vitesse de deacutegradation catalytique (mg L-1

h-1

)

kapp constante apparente de deacutegradation (min ou h-1

)

[BM] concentration du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

t temps de reacuteaction (h)

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

Ln (

) = kapp t (Eq8)

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Figure 12 Reacuteaction de pseudo ordre 1

Pour la cineacutetique drsquoordre 2

V = -

= kapp (Eq9) reacuteaction de pseudo ordre un laquo2 raquo

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

int

= - int

(Eq10)

(Eq11)

Figure 13 Reacuteaction de pseudo ordre 2

Pour le calcul des rendements ou taux drsquoabattement (τ) agrave lrsquoissu des eacutetudes cineacutetiques de

deacutegradation du BM nous avons utiliseacute cette formule ci-dessous

τ =

(Eq12)

Rsup2 = 09863

-070

-060

-050

-040

-030

-020

-010

000

0 2 4 6 8

ln (C

Co)

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 1

Rsup2 = 09499

0

0005

001

0015

002

0025

003

0 2 4 6 8

1C

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 2

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CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL

Tous les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes agrave tempeacuterature ambiante (25degC) Les concentrations du bleu de

meacutethylegravene choisies pour lrsquoexpeacuterience sont 10 et 40 mg L-1

1- Effet de pH du milieu

Etant donneacute que le proceacutedeacute Fenton est baseacute sur lrsquoeffet catalytique du Fer et plus preacuteciseacutement

du Fe2+

il nous est paru neacutecessaire de commencer lrsquoeacutetude par la deacutetermination du pH

optimale pour le proceacutedeacute Lrsquoajustement du pH du milieu srsquoeffectue agrave lrsquoaide drsquoune solution

drsquoacide sulfurique Ce choix est justifieacute par lrsquoexistence deacutejagrave au sein de la solution des ions

2-

suite agrave lrsquoaddition du Fe2+

sous la forme de FeSO4 7H2O

Les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes avec une concentration en BM de 20 mg L-1

un rapport R = 15

correspondant agrave des concentrations de 6 et 040 mg L-1

en H2O2 et Fe2+

respectivement et

pour des valeurs de pH variant entre 3 et 5 Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacute sur figure 16

Figure 14 Effet du pH

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t = 20

min)

pH Rendement ()

3 96

35 5245

4 6156

5 5509

000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 5 10 15 20

[BM

] m

gL

ˉˡ

temps de deacutegradation (mn)

pH = 3

pH = 35

pH = 4

pH = 5

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Drsquoapregraves le tableau preacutecegravedent nous observons que le pH favorable pour la deacutegradation du BM

par le proceacutedeacute Fenton est pH = 3 avec un taux de deacutegradation de 96 au bout de 20 min

De nombreux travaux sur les proceacutedeacutes Fenton ont montreacute que le pH 3 semble ecirctre la meilleure

valeur pour une deacutegradation optimale des polluants organique ((Tang and Huang 1996 Kuo

and Lo 1999) Pour la suite du travail nous adopterons deacutesormais cette valeur de pH

2- Effet de la concentration en BM

Nous avons traiteacute agrave un pH = 3 et agrave 25degC deux solutions du BM de concentration diffeacuterentes

(10 mg L-1

et 40 mg L-1

) en fixant les concentrations de Fe2+

agrave 134 mg L-1

et celle du H2O2 agrave

6 mg L-1

(figure 17)

Figure 15Effet de la concentration du BM

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM

[BM] mg L-1

Rendement () Temps de

deacutecoloration (min)

10 9738 8

40 9565 14

Nous avons constateacute que la concentration du BM de concentration 10 mg L-1

srsquoest deacutegradeacutee

rapidement et complegravetement avec un temps de deacutecoloration (td) de 8 min tandis que celle de

40 mg L-1

est plus lente avec un td de 14 min Donc plus la solution est concentreacutee plus le

temps de deacutegradation est important

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La cineacutetique de deacutecoloration du colorant BM de concentrations respectives de 10 et

40 mg L-1

obeacuteit agrave la loi cineacutetique de pseudo premier

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM

Solution kapp

BM = 10 mg L-1

028

BM = 40 mg L-1

010

La deacutetermination de la constante apparente de vitesse montre eacutegalement que cette derniegravere

varie en fonction de la concentration en BM En effet la valeur de kapp est deux fois plus

supeacuterieure pour une concentration en BM de 10 mg L-1

que pour celle de 40 mg L-1

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene

Figure 16 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel

Une solution du bleu de meacutethylegravene de concentration 40 mg L-1

est soumise agrave un traitement par

proceacutedeacute Fenton en utilisant 6 mg L-1

de H2O2 et le fer industriel agrave une concentration de 134

mg L-1

Des preacutelegravevements ont eacuteteacute effectueacutes agrave des intervalles reacuteguliers de temps afin de suivre

lrsquoeacutevolution de la deacutegradation par Spectrophotomeacutetrie Lrsquoanalyse spectromeacutetrique des

eacutechantillons est effectueacutee par un balayage du spectre UV-Visible entre 200 et 800 nm (figure

18)

Nous remarquons que plus le temps de traitement est important plus le pic drsquoabsorbance dans

le visible agrave 661 diminue drsquointensiteacute pour srsquoannuler complegravetement agrave partir du 30 min Par

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contre le pic dans le domaine UV agrave 291 il diminue certes drsquointensiteacute mais ne srsquoannule pas

mecircme apregraves 45 min de traitement

Ce reacutesultat nous permet de conclure que le proceacutedeacute Fenton permet une deacutegradation partielle

de la moleacutecule du BM au bout de notre temps de reacuteaction Drsquoapregraves Cao et al (1999) les pics

appartenant aux domaine drsquoUV entre 200 et 260 sont relatives au cycle benzegravene mono ou

poly substitueacute Ceci revient agrave dire que la deacutegradation du BM passe par deux eacutetapes

Deacutegradation du groupement fonctionnel de la moleacutecule du BM (λ = 661 nm) crsquoest agrave

dire que la rupture de lrsquoheacuteteacuterocycle central entraine la perte des conjugaisons des deux

lateacuteraux ce qui explique la deacutecoloration plus ou moins rapide de la solution

La deacutegradation des cycles benzegravene persistant en solution est beaucoup plus lente

puisque lrsquointensiteacute de ce pic (λ = 291 nm) diminue mais ne srsquoannule pas alors que la

solution est claire On peut dire eacutegalement que cette deacutegradation des cycles benzegravene

persistants est due au temps de reacuteaction trop court

4- Effet de la concentration du H2O2

a) En Absence de Fer

En utilisant deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

nous

avons varieacute les concentrations du H2O2 de 1 agrave 6 mg L-1

en absence du fer agrave un pH = 3 et agrave

tempeacuterature ambiante Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacutes sur la figure ci-dessous

Figure 19 Deacutegradation du BM par H2O2 seul

Quel que soit la concentration du BM 10 mg L-1

ou 40 mg L-1

lrsquoeffet du H2O2 sur la

deacutegradation du colorant est pratiquement nulle En effet apregraves un temps arbitraire de 20 min

de traitement on remarque un taux drsquoabattement de 17 pour la concentration en BM de 10

mg L-1

alors qursquoil est nul pour une concentration initiale de 40 mg L-1

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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Il est donc clair que le pouvoir oxydant du H2O2 nrsquoest pas assez suffisant pour pouvoir

deacutegrader le BM En effet le H2O2 agrave un pouvoir oxydant de Edeg = 176 VENH par contre

celui drsquoOHbull est de 28 VENH

La mecircme conclusion a eacuteteacute observeacute par Naima (2008) sur lrsquoutilisation du H2O2 seul dans le

traitement des huiles drsquoolive (margines) Le reacutesultat a donneacute que le H2O2 seul pour des valeurs

de concentrations 3 et 20 g L-1

ne peut eacuteliminer totalement la margine de lrsquoeffluents drsquohuilerie

drsquoolive de concentration initiale de 1 g L-1

la moyenne de taux drsquoabattement obtenue ne

deacutepasse pas la valeur de 32 Yameogo (2013) a remarqueacute eacutegalement que lrsquoutilisation du

H2O2 seul nrsquoa eu aucune influence sur la deacutegradation de lrsquoamarante par proceacutedeacute photo-fenton

et heacuteteacuterogegravene avec charbon actif la concentration nrsquoa pas varieacute tout au long du traitement

b) En preacutesence du Fer

Lrsquoefficaciteacute du traitement est donc tributaire de lrsquoexistence de deux entiteacutes H2O2 et Fe2+

En

effet Bach et al (2010) ont utiliseacute le Fe2+

pour traiter lrsquoeau industrielle ils ont trouveacute que le

fer a permis de mineacuteraliser 95 drsquoeacutethylegravene-glycol et 85 de pheacutenol dans une eau industrielle

par proceacutedeacute Fenton Marciel et al (2004) ont remarqueacute que lrsquoapport de sulfate ferreux a

ameacutelioreacute la reacuteduction du COT de 45 agrave 55 lors drsquoune eacutetude drsquooxydation drsquoune solution

pheacutenolique par le proceacutedeacute photo-fenton

Pour la suite Nous avons maintenu la mecircme variation des concentrations en H2O2 (de 1 agrave 6

mg L-1

) mais en additionnant le fer industriel (sulfate ferreux) avec une concentration de 134

mg L-1

pour deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

agrave

tempeacuterature ambiante et agrave un pH eacutegale agrave 3 Ceci revient qursquoen solution le rapport R =

varie de 075 15 25 5 (Figure 20)

Figure 17 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Quel que soit la concentration initiale en BM ou en H2O2 lrsquoaddition du fer a entraineacute

lrsquoapparition de la deacutegradation graduelle de la coloration

Plus la concentration en H2O2 est importante plus la vitesse de deacutegradation augmente

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

[BM] mg L-1

10 40

Variation de H2O2 Rendement () Rendement ()

1 6730 5508

2 8522 7029

3 9769 9632

6 9954 9860

La figure 20 montre que taux de deacutecoloration en preacutesence du catalyseur devient plus

important avec lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 Il passe apregraves 60 min de

traitement de 6730 pour une concentration en H2O2 de 1 mg L-1

agrave 9954 pour celle de 6

mg L-1

Ceci est parfaitement preacutevisible puisque lrsquoexistence de lrsquoHydroxyde radicalaire principale

responsable de la deacutegradation est tributaire de la concentration initial en H2O2 (Eq2 sect 11)

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence de

la variation du H2O2

[BM] = 10 mg L-1

[BM] = 40 mg L-1

Ordre de la

reacuteaction k k

075 00036 00005 Ordre 2

15 00092 00007

25 0067 0065 Ordre 1

5 02879 0103

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Nous remarquons que lorsque la concentration en H2O2 augmente lrsquoordre partiel de la reacuteaction

change En effet pour des concentrations en H2O2 lt 3 mg L-1

la reacuteaction de deacutegradation est de

lrsquoordre 2 alors que pour des concentrations plus eacuteleveacutees elle est drsquoordre 1

Nadjette (2009) a montreacute que la deacutegradation du Meacutethyle Orange en preacutesence de dioxyde de

titane (TiO2) suit une cineacutetique drsquoordre 1 Redha (2011) a trouveacute eacutegalement lrsquoordre partiel de

la reacuteaction est eacutegal agrave 1 lors de son eacutetude sur le traitement du Rouge drsquoalizarine S et lrsquoOrange

G par proceacutedeacute drsquooxydation avanceacutee (POA)

Bennani et al (2010) ont eacutelimineacute le bleu de meacutethylegravene en solution aqueuse par lrsquoargile de Safi

(Maroc) Les reacutesultats ont montreacute que le pseudo-second ordre peut deacutecrire le comportement

cineacutetique de lrsquoadsorption du bleu de meacutethylegravene sur lrsquoargile brute et celle purifieacutee Des reacutesultats

similaires ont eacuteteacute observeacutes Gurses et al (2006) et Tsai et al (2007)

Les valeurs de kapp obtenus pour une solution de concentration initiale en BM de 10 mg L-1

sont supeacuterieures agrave celles obtenues pour la solution de 40 mg L-1

et ce lagrave quel que soit lrsquoordre

de la reacuteaction ou la concentration en H2O2 en solution Ces valeurs augmentent avec

lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 et passe de 36 10-3

agrave 02879 et de 05 10-3

agrave 0103

pour une les solutions en BM de 10 et 40 mg L-1

respectivement

5- Effet de la concentration en fer

Pour la suite nous eacutetudierons lrsquoeffet de la concentration en Fer sur lrsquoefficaciteacute du traitement

du BM pour deux solutions de concentration 10 et 40 mg L-1

en BM Les essais ont eacuteteacute

reacutealiseacutes en maintenant constante la concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

et en faisant varieacute la

concentration en Fe2+

de 02 agrave 134 mg L-1

correspondant agrave une variation du rapport R =

de 5 agrave 30

Figure 18 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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En absence de fer aucune baisse dans la concentration en BM nrsquoest observeacutee Pourtant degraves

lrsquoajout drsquoune faible concentration (02 mg L-1

) entraine une diminution progressive de la

couleur au cours du temps Il est eacutegalement observeacute que quel que soit la concentration initiale

en BM le temps de deacutegradation (td) du colorant est inversement proportionnel agrave la

concentration en Fe2+

en solution En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

td

passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 alors que pour une concentration

de 40 mg L-1

il passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig22)

Figure 19 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer industriel

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction du rapport R

[BM] = 10 mg L

-1 [BM] = 40 mg L

-1

kapp kapp

OR

DR

E

1

par

rapport

agrave B

M 30 00027 00125

15 00061 00321

10 0026 00496

5 02879 0103

Nous remarquons que lrsquoeffet de lrsquoaugmentation de la concentration en Fe2+

en solution sur la

cineacutetique de deacutegradation du BM est beaucoup plus important pour des faibles concentrations

(10 mg L-1

) que pour les fortes concentrations (40 mg L-1

) En effet pour une variation de R de

30 agrave 10 kapp eacutevolue de 27 10-4

min agrave 26 10-2

min soit un facteur 100 pour une concentration

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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en BM de 10 mg L-1

alors qursquoelle eacutevolue de 00125 agrave 005 soit un facteur 4 pour une

concentration en BM de 40 mg L-1

Drsquoapregraves ces reacutesultats on peut conclure drsquoune faccedilon geacuteneacuterale que la preacutesence drsquoune forte

concentration du catalyseur favorise la formation des radicaux OHbull principaux responsable de

la deacutegradation du BM Pourtant il a eacuteteacute montreacute dans plusieurs eacutetudes (Brillas et al 2004

Diagne 2006 Oturan et al 1999) que le Fe2+

ajouteacute agrave forte dose entraine une perte du

rendement du proceacutedeacute puisque le Fe2+

en plus de son rocircle de catalyseur peut jouer un rocircle de

destructeur crsquoest-agrave-dire qursquoil piegravege les OHbull produits

Lrsquoeacutelimination des polluants reacutefractaires est donc tributaire de la preacutesence des ions meacutetallique

sauf qursquoil neacutecessite un apport important en Fe2+

ce qui entraine un coucirct (Bouafia 2010)

Crsquoest pour cette raison que nous avons opteacute pour lrsquoutilisation de la lateacuterite en faisant une

attaque acide afin drsquoextraire le fer pour traiter le BM

II- UTILISATION DE LATERITE

Les eacutechantillons de la lateacuterite choisie se preacutesentent tous sous forme de poudres de couleur

ocre Lrsquoapplication drsquoun proceacutedeacute qui neacutecessite des quantiteacutes preacutecis de fer est un peu difficile

pour un pays dont le taux drsquoalphabeacutetisation est seulement de 218 et un seuil de pauvreteacute

(PIB par habitant est eacutegal agrave 1500 $) En effet lrsquoajout drsquoune forte concentration du catalyseur

dans la solution agrave traiter peut diminuer lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute Fenton Lrsquoanalyse DRX a

montreacute que la lateacuterite existante au Burkina-Faso est riche en fer En effet pour la reacutegion de

Dano le pourcentage en fer atteint 44 en masse alors que pour Koubri il est de 31

La premiegravere question auquel on srsquoeacutetait poseacute est si le fer eacutetait facilement ex tractable ou bien il

neacutecessite une mineacuteralisation preacutealable

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

La figure ci-dessous montre lrsquoallure de lrsquoeffet de lit de lateacuterite de Dano drsquoune part et celui de

Koubri drsquoautre avec ajustement de pH dans une solution du BM de concentration 40 mg L-1

en maintenant ma concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 20 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

Nous observons que la solution du BM en contact avec le lit de Dano se deacutegrade plus vite que

celle en contact avec le lit de lateacuterite de Koubri Cela est ducirc au fait que la lateacuterite de Dano

libegravere plus facilement sa phase ferrique par rapport agrave celle de Koubri

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri)

Dans ce cadre nous avons compareacute lrsquoeffet drsquoun lit de lateacuterite (ajustement du pH) et une lateacuterite

attaqueacutee avec du H2SO4 sur une solution du BM agrave 40 mg L-1

La concentration en H2O2 eacutetant

maintenue agrave 6 mg L-1

(figure 24)

Figure 21 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri

La figure 24 montre que la quantiteacute de colorant deacutegradeacutee deacutecroit plus rapidement dans le cas

de lrsquoattaque acide Ce comportement est ducirc qursquoelle libegravere plus de Fe2+

en solution Le Fe2+

en

contact avec le H2O2 forme les radicaux hydroxyles (OHbull) pour le traitement des polluants

organiques par le proceacutedeacute Fenton

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

[BM] mg

L-1

Dano Koubri

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Rendement

()

4394 9991 364 9685

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Le taux drsquoabattement du BM par lrsquoattaque acide sur la lateacuterite de Dano est de 9991 apregraves

un temps de manipulation de 5 heures alors que celui du lit de lateacuterite (ajustement du pH) est

de 4394 pour le mecircme intervalle de temps

Cette diffeacuterence de rendement entre les lits de deux lateacuterites (Dano 4394 et Koubri

364) est due que la lateacuterite de Dano libegravere plus facilement sa phase ferrique que celle de

Koubri Etant donneacute que les phases ferriques sont les mecircmes pour les deux lateacuterites on

pourrait conclure que la diffeacuterence provient aussi du fait que la lateacuterite de Dano est beaucoup

plus riche en fer Ce qui facilite son extraction et que pour Koubri la phase Anastase en TiO2

pourrait gecircner son extraction

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et

Koubri)

Nous avons compareacute lrsquoefficaciteacute de 3 acides (sulfurique laquoH2SO4raquo chlorhydrique laquoHCl raquo et

nitrique laquoHNO3raquo) pour lrsquoextraction du fer des lateacuterites La concentration de la solution du

BM utiliseacutee est de 40 mg L-1

la concentration en H2O2 est toujours maintenue agrave 6 mg L-1

Figure 22 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri

La figure 25 montre que la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est la plus efficace pour la

deacutecoloration de la solution En effet Pour la lateacuterite de Dano le td est de 40 mn pour le H2SO4

et drsquoune heure (1h) et 1h30 pour le HNO3 et le HCl respectivement Pour celle de Koubri le

td de la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est drsquoune heure (1h) tandis que pour des deux autres

acides HCl et HNO3 les td sont respectivement de deux (2h) et quatre heure (4h)

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri

[BM] mg L-1

Dano Koubri

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Rendement () 9991 9890 9797 9685 9593 9223

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On peut deacuteduire que lrsquoefficaciteacute de lrsquoattaque acide par le H2SO4 utiliseacute pour extraire le fer de

la lateacuterite est due au caractegravere diacide (H2SO4)

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri)

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig26)

Figure 23 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer extrait de la lateacuterite

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction des attaques acides (Dano et Koubri)

Attaque acide Dano Koubri

kapp

OR

DR

E 1 par

rapport

agrave B

M

HCl 00127 00094

HNO3 00131 00096

H2SO4 00142 00194

Nous remarquons que lrsquoutilisation de la lateacuterite de Dano ne change pas lrsquoordre apparent de la

vitesse de deacutegradation qui reste eacutegale 1 La valeur de kapp varie de 127 10-2

min-1

pour HCl et

142 10-2

min pour H2SO4 ce qui confirme bien le reacutesultat obtenu pour la figure 19

Pour la lateacuterite de Koubri la valeur de kapp varie de 910-3

min-1

pour HCl et 194 10-2

min-1

pour H2SO4

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5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer

de la lateacuterite (Dano et Koubri)

Sur la figure 27 nous avons superposeacute les reacutesultats obtenus pour la deacutegradation drsquoune solution

de 40 mg L-1

du BM en preacutesence de 6 mg L-1

de H2O2 avec lrsquoajout de Fer extrait de la lateacuterite

de Dano et Koubri drsquoune part et le fer industriel drsquoautre part

Figure 24 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel

Il est montreacute que le taux de deacutegradation obtenu est perceptiblement le mecircme seule reste un

handicap le temps de traitement 20 min pour le fer industriel 40 min pour le fer extrait de la

lateacuterite de Dano et 1h pour celui de Koubri

Le traitement par la lateacuterite de Dano est efficace et preacutesente donc un avantage certains

puisqursquoil permet de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du BM par rapport agrave celui par la lateacuterite de

Koubri qui deacutegrade seulement que 9796

Beaucoup drsquoeacutetudes ont eacuteteacute faites sur lrsquoeacutelimination du bleu de meacutethylegravene En utilisant le

charbon actif commercial CECA40 de granulomeacutetrie infeacuterieure agrave 125 μm Houas et al (1999)

ont eacutelimineacute 93 du BM dans lrsquoeau pour un temps de contact de 5heures Kumar and

Tamilarasan (2013) ont utiliseacute 01g de charbon actif agrave base des graines drsquoacacia pour eacuteliminer

9312 de BM Bennani et al (2010) ont eacutetudieacute lrsquoadsorption BM sur lrsquoargile brute et

purifieacutee Ils ont montreacute que le processus drsquoadsorption est tregraves rapide et que 95 de la quantiteacute

adsorbeacutee est atteinte pendant les dix premiegraveres minutes Talidi (2006) a utiliseacute la pyrophyllite

(argile) il a montreacute que lrsquoadsorption du BM est de lrsquoordre de 7845 6658 et 5471

respectivement pour les concentrations initiales de 75 225 et 374ppm Sassi and Bennour

(2011) ont utiliseacute le traitement biologique par Biosorption du BM par Pseudomonas

Aeruginosa isoleacute agrave partir drsquoune boue de laiterie a montreacute un taux drsquoeacutelimination du BM variant

de 45 agrave 55 aux valeurs de pH = 7 et 8

Nous pouvons dire que le traitement par la lateacuterite a permis de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du

BM par rapport aux eacutetudes faites en utilisant drsquoautres mateacuteriaux et que la lateacuterite recouvre

000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 100 200 300

[BM

] mg

Lˉˡ

temps de traitement (mn)

Attaque acide

(Dano)

Attaque acide

(Koubri)

Fer industriel

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33 du continent mondial ce qui pourrait rendre son utilisation moins chegravere par rapport aux

autres traitements (Fer industriel Charbon actifhellip) puis qursquoon nrsquoa pas fait une eacutetude

eacuteconomique pour voir son cout

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CONCLUSION

Ce travail qui a porteacute sur la deacutegradation du colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute

Fenton en comparant les performances obtenues entre lrsquoutilisation du fer industriel (Fenton

classique) et le fer extrait de la lateacuterite ont montreacute que

Pour lrsquoutilisation du fer industriel la deacutegradation du BM est obtenue agrave une valeur de 3 pour

une variation du rapport des concentrations R de 15 agrave 5 et que lrsquoutilisation du peroxyde (H2O2)

seul ne peut pas deacutegrader le BM car son pouvoir oxydant nrsquoest pas assez suffisant pour

pouvoir deacutegrader le colorant Lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute est donc intimement lieacutee agrave lrsquoexistence de

deux reacuteactifs En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

le temps de deacutecoloration

(td) passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 et pour celle de 40 mg L-1

il

passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R Le traitement du BM par proceacutedeacute

fenton est donc tributaire de lrsquoutilisation de Fe2+

Afin de minimiser le coucirct du traitement et surtout voir lrsquoefficaciteacute du traitement en utilisant la

lateacuterite nous avons essayeacute de remplacer le fer industriel par le fer extrait de la lateacuterite

provenant de deux reacutegions du Burkina-Faso Dano et Koubri

Les reacutesultats obtenus par lrsquoutilisation du fer de la lateacuterite sont inteacuteressants pour des eacutetudes sur

drsquoautres colorants En effet le lit de lateacuterite avec ajustement du pH a permis une deacutegradation du

colorant de 44 pour un temps de traitement de 5h tandis que le traitement par lrsquoattaque acide

lui a deacutegradeacute le BM de pregraves que 100 En effet les taux drsquoabattements pour lrsquoattaque acide de

la lateacuterite de Dano et de Koubri sont respectivement de 99 au bout de 40 min et de 97 pour

une manipulation drsquoenviron 1 h

Cette eacutetude sur la deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en utilisation le fer de la lateacuterite

nous a permis de montrer qursquoil est possible de simplifier de point de vue utilisation et coucirct le

proceacutedeacute Fenton pour les colorants syntheacutetiques drsquoeffluents industriel

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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PERSPECTIVES

En perspectives il serait inteacuteressant

De faire une eacutetude approfondi pour voir le cout du traitement du proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite

Essayer de traiter drsquoautres familles de colorants en utilisant la lateacuterite attaqueacutee par

lrsquoacide pour voir lrsquoefficaciteacute du systegraveme

Appliquer le traitement sur des effluents textiles reacuteels

Imaginer un systegraveme de traitement agrave grand eacutechelle

Essayer le traitement sur drsquoautres polluants reacutecalcitrant PCB pheacutenol pesticides

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Page 11: Dégradation des effluents textiles (cas d’un colorant

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page x

λ Longueur drsquoonde (nm)

α Ordre partiel

τ Rendement ou taux de deacutegradation ()

td Temps de deacutecoloration (min)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page 1

INTRODUCTION GENERALE

Quel que soit le deacuteveloppement de la socieacuteteacute lrsquoeau reste un facteur primordial dans toutes les

couches socio-eacuteconomiques Malheureusement lrsquoeau douce disponible pour les humains et

aussi pour le reste de lrsquoeacutecosystegraveme repreacutesente moins de 1 du volume total drsquoeau sur terre et

la qualiteacute de la partie disponible et potentiellement utilisable par lrsquohomme nrsquoest que de 01

et nrsquoa cesseacute de se deacutegrader et parfois dlsquoune maniegravere irreacuteversible Selon lrsquoONG Water Aiumld 34

millions de personnes au Burkina-Faso nrsquoont pas accegraves agrave lrsquoeau potable

Lrsquoindustrie du textile est lrsquoune des industries la plus consommatrice drsquoeau (par exemple pour

teindre quelques 30 milliards de kilo de tissusan il faut consommer 4 milliards de tonnes

drsquoeauan) et geacutenegravere des rejets constitueacutes de moleacutecules organiques reacutecalcitrantes preacutesentant

geacuteneacuteralement des problegravemes de couleur de concentrations eacuteleveacutees de DBO de DCO de

matiegraveres en suspension ainsi que de toxiciteacute et de conductiviteacute eacuteleveacutees Selon la Banque

mondiale lrsquoindustrie textile est responsable de 17 agrave 20 de la pollution de leau dans le

monde En 2009 les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels La production mondiale des colorants est estimeacutee agrave plus de 800000

tonnesan (Mansour et al 2010) Drsquoapregraves la Chambre de Commerce et drsquoIndustrie du Burkina

(CCI) la quantiteacute de colorants importeacutee au Burkina-Faso est de 79 tonnes en 2012

Ces colorants dans lrsquoensemble sont toxiques de par leur composition et leurs modes

drsquoutilisation Ils sont susceptibles drsquoinduire chez lrsquoHomme des dermatoses voire des cancers

de la peau tant pour les personnes travaillant agrave la teinture des fibres textiles que via la

transpiration pour les personnes portant les vecirctements De plus les effluents non traiteacutes de ces

colorants sont responsable apregraves rejets de la deacutegradation de lrsquoenvironnement (des eaux de

surface et souterraines des sols voire de la veacutegeacutetation) Pour remeacutedier agrave tous ces impacts

neacutegatifs un traitement par deacutecoloration de ces effluents srsquoimpose avant tout rejet dans

lrsquoenvironnement

La deacutecoloration des rejets de lrsquoindustrie textile est souvent difficile car les colorants

organiques ne sont pas deacutegradeacutes par voies conventionnels En effet ces produits sont stables

aux agents oxydants aux rayonnements et reacutesistent fortement agrave la digestion aeacuterobie Pour cela

plusieurs types de traitement ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes et testeacutes notamment lrsquoosmose inverse la

preacutecipitationcoagulation des matiegraveres colorantes lrsquoadsorption sur charbon actif la filtration

membranaire (Barclay and Buckley2000) Cependant ces proceacutedeacutes classiques de traitement

ne reacutepondent pas agrave cette attente car ils sont pour la plupart non destructifs et tregraves couteux

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour reacutepondre agrave cette faille de nouveaux proceacutedeacutes ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes dont les proceacutedeacutes

drsquooxydation avanceacute (POA) qui sont des proceacutedeacutes de traitement oxydatif subdiviseacutes en quatre

groupes(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon

puisse utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et son

potentiel normal drsquooxydoreacuteduction est de 28VENH (Parsons 2004)

Le proceacutedeacute fenton un des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee est une technologie eacuteprouveacutee et

efficace pour la destruction drsquoun grand nombre de polluant organique Cette technique

consiste agrave initier des reacuteactions de deacutecomposition du peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) par des

sels meacutetalliques en vue de geacuteneacuterer des espegraveces radicalaires (OHbull HO2

bull etc) tregraves reacuteactives

Son inconveacutenient majeur est qursquoil neacutecessite une grande quantiteacute de produits chimiques en

phase homogegravene tels que le fer (Fe2+

) qui geacutenegravere un cout suppleacutementaire et conduit agrave la

geacuteneacuteration de grandes quantiteacutes de boues ou agrave la formation de deacuteriveacutes pour le traitement

Lrsquoobjectif de cet meacutemoire est drsquoeacutetudier la deacutegradation du bleu de meacutethylegravene modegravele de

colorant syntheacutetique textile par le proceacutedeacute fenton en remplaccedilant le fer industriel (Fe3+

Fe2+

)

par le fer extrait de la lateacuterite locale en vue de reacuteduire le cout des traitements des effluents

textiles Si cette expeacuterience au laboratoire donne des reacutesultats satisfaisants elle pourrait ecirctre

extrapoleacutee agrave grande eacutechelle et ecirctre une des solutions pour le traitement de rejets textiles par

des mateacuteriaux locaux en Afrique puisque la lateacuterite recouvre environ 33 de continent

africain et est tregraves abondante au Burkina-Faso

Apregraves une introduction geacuteneacuterale ce meacutemoire sera structureacute en trois (03) chapitres

Le premier chapitre sera consacreacute agrave une eacutetude bibliographique sur les colorants les

meacutethodes de traitements des effluents textiles et la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Le second chapitre abordera la partie mateacuterielles et meacutethodes Nous deacutecrirons les

protocoles expeacuterimentaux le mateacuteriel et les reacuteactifs employeacutes ainsi que les meacutethodes

expeacuterimentales utiliseacutees

Le troisiegraveme chapitre est consacreacute aux reacutesultats obtenus accompagneacutes drsquoune

discussion afin de comparer nos reacutesultats aux autres eacutetudes faites sur la deacutegradation du

bleu de meacutethylegravene (BM) par drsquoautres mateacuteriaux

Une conclusion geacuteneacuterale ainsi que quelques perspectives seront preacutesenteacutees en fin du

document

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE I REVUE BIBLIOGRAPHIQUE

I- LES COLORANTS (Caracteacuteristiques classification et toxiciteacute)

1- Historique des colorants

Depuis le deacutebut de lrsquohumaniteacute les colorants appliqueacutes dans pratiquement toutes les activiteacutes

humaines (peinture teinture du papier de la peau et des vecirctements) eacutetaient drsquoorigines naturelles

et veacutegeacutetales Ces colorants sont tous des composeacutes aromatiques qui proviennent essentiellement

des plantes tel que lrsquoalizarine et lrsquoindigo Lrsquoindustrie des colorants syntheacutetiques est neacutee en 1856

quand le chimiste anglais W H Perkin dans une tentative de synthegravese de la quinine artificielle

pour soigner la malaria a obtenu la premiegravere matiegravere colorante syntheacutetique qursquoil appela

mauve (aniline colorant basique) Apregraves la deacutecouverte de la mauve de nouveaux colorants

ont commenceacute agrave paraitre sur le marcheacute (Jaussaud 1993)

Au deacutebut du 20egraveme

siegravecle les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels Selon Mansour et al (2010) la production mondiale des colorants est

estimeacutee agrave plus de 800000 tonnesan

2- Deacutefinition des colorants

Un colorant est une substance coloreacutee qui interagit avec le milieu dans lequel elle est introduite

et le colore en srsquoy dissolvant etou dispersant lui confeacuterant la proprieacuteteacute de teindre Cette

proprieacuteteacute reacutesulte drsquoune affiniteacute particuliegravere entre le colorant et la fibre Selon le type

drsquoapplication et drsquoutilisation les colorants syntheacutetiques doivent reacutepondre agrave un certain nombre

de critegraveres afin de prolonger la dureacutee de vie des produits coloreacutes sur lesquels ils sont appliqueacutes

Ces critegraveres sont la reacutesistance agrave lrsquoabrasion la stabiliteacute photolytique des couleurs la reacutesistance

agrave lrsquooxydation chimique (notamment les deacutetergents) et aux attaques microbiennes(Pagga and

Brown 1986) et (Zawlotzki Guivarch 2004)

3- Classification des colorants syntheacutetiques

Les matiegraveres colorantes se caracteacuterisent par leur capaciteacute agrave absorber les rayonnements lumineux

dans le spectre visible (de 380 agrave 750 nm) La transformation de la lumiegravere blanche en lumiegravere

coloreacutee par reacuteflexion sur un corps ou par transmission ou diffusion reacutesulte de labsorption

seacutelective deacutenergie par certains groupes datomes appeleacutes chromophores la moleacutecule colorante

eacutetant le chromogegravene Dautres groupes datomes du chromogegravene peuvent intensifier ou changer

la couleur due au chromophore ce sont les groupes auxochromes (Barka 2008)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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4- Les colorants aziniques (thiazines)

Les colorants thiazines sont analogues aux colorants oxazines sauf que lrsquoatome de soufre

remplace lrsquoatome drsquooxygegravene dans lrsquoanneau heacuteteacuterocyclique Ces colorants ont un noyau

phenazonium comme chromophore avec des groupes amineacutes en para par rapport au soufre

comme auxochrome Ils ont un intervalle de couleur du vert au bleu et ils sont stables agrave la

lumiegravere Ils sont utiliseacutes dans le domaine du textile meacutedecine pharmacie et biologie

Seulement cinq colorants thiazines sont connus et toujours fabriqueacutes azure A azure B azure C

thionine et bleu de meacutethylegravene

Le colorant thiazine le plus important est le bleu de meacutethylegravene deacutecouvert par Caro en 1876

Colorants doxazines Colorants thiazines

Oxazines

Thiazine

5- Toxiciteacute des colorants

La prise de conscience quant agrave la dangerositeacute de certains colorants a commenceacute vers 1890 ougrave

lrsquoon surveillait essentiellement les teneurs en cuivre en arsenic et en plomb dans les colorants

syntheacutetiques ou mineacuteraux Cependant bien que des toxicologues aient auparavant mis en

eacutevidence chez les animaux le risque de cancer lieacute agrave lrsquoingestion de certains colorants azoiumlques

rouges ce nrsquoest qursquoapregraves la deuxiegraveme (2egraveme

) guerre mondiale que des seacuterieux tests biologiques

ont abouti agrave la remise en cause de la plupart des colorants utiliseacutes Une reacuteglementation plus

exigeante a eacuteteacute instaureacutee en 1960 concernant le test de toxicologique des colorants mis sur le

marcheacute Pour le cas du Burkina-Faso il yrsquoa un deacutecret ndeg2001-185 (article 12) portant

interdiction de rejet dans lrsquoenvironnement de certaines substances canceacuterigegravenes dans

lrsquoenvironnement

6- Proprieacuteteacutes physico-chimiques du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene colorant azinique (thiazine) de la famille basique ou cationique aussi

appeleacute chlorure de bis-(dimethylamino)- 37 phenazathionium est soluble dans lrsquoeau (50 g L-1

) et

moins soluble dans lrsquoalcool (10 g L-1

) Sa formule chimique est C16H18ClN3S une masse molaire

de 319852 g mol-1

se preacutesente sous forme drsquoune poudre cristalline drsquoun bleu fonceacute est un deacuteriveacute

azoteacute (Fig1)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 1 Bleu de meacutethylegravene et sa structure chimique

Il est couramment utiliseacute comme modegravele de contaminant organique en raison de sa structure

moleacuteculaire stable Dans la reacuteaction de reacuteduction le BM se transforme en leuco meacutethylegravene

incolore due agrave la perte du doublet libre de lrsquoazote et introduction drsquoun atome drsquohydrogegravene

Le BM sous sa forme incolore est

(Eq 1)

bleu de meacutethylegravene chlorure de meacutethylthioninium

S

N

N NCl-

hydroxyde de meacutethylthioninium

S

N

N N HO

Figure 2 Forme incolore du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene est le colorant le plus couramment utiliseacute dans la teinture du coton du bois

et de la soie Il peut provoquer des brucirclures oculaires responsables de blessures permanentes aux

yeux de lrsquohomme et des animaux Son inhalation peut donner lieu agrave des difficulteacutes respiratoires

entrainer des cas drsquoaneacutemie apregraves une absorption prolongeacutee et son ingestion par la bouche produit

une sensation de brucirclure provoque des nauseacutees des vomissements transpiration et sueurs

froides abondantes (Ghosh and Bhattacharyya 2002) Il est aussi est toxique pour les algues et

les petits crustaceacutes agrave partir des concentrations de 01 mg L-1

et 2 mg L-1

respectivement (Ounissa

1996 Meink et al 1997)

Le traitement des rejets industriels contenant ce type de colorant srsquoavegravere drsquoun grand inteacuterecirct

II- TRAITEMENT DES REJETS TEXTILES

1- Geacuteneacuteraliteacutes sur les meacutethodes de traitements

Le traitement des rejets textiles compte tenu de leur heacuteteacuterogeacuteneacuteiteacute de composition conduira

toujours agrave la conception drsquoune chaine de traitement assurant lrsquoeacutelimination des diffeacuterents

polluants par des eacutetapes successives La premiegravere eacutetape consiste agrave eacuteliminer la pollution par

lrsquointermeacutediaire de preacutetraitement (deacutegrillage dessablage deacuteshuilage etc) etou de traitement

physique ou physico-chimique assurant une seacuteparation solide-liquide Drsquoapregraves Barclay and

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Buckley (2000) les techniques de deacutepollution intervenant le plus courant en deuxiegraveme eacutetape

dans les industries se divisent en trois cateacutegories

1- Biologique

Traitement aeacuterobie

Traitement anaeacuterobie

2- Physique

Meacutethode de preacutecipitation (coagulation floculation seacutedimentation)

Adsorption (sur charbon actif)

Osmose inverse filtration sur membrane

3- Chimique

Oxydation (oxygegravene ozone oxydants tels que le H2O2 NaOCl)

Reacuteduction (Na2S2O2)

Meacutethode de complexomeacutetrique

Reacutesine eacutechangeuse drsquoions

A- Meacutethodes biologiques

Lrsquoavanceacutee technologique a permis la conception des systegravemes de traitement biologique

perfectionneacutes en se basant sur lrsquoautoeacutepuration naturelle des eaux Ces proceacutedeacutes biologiques se

font selon deux modes traitements en aeacuterobie (en preacutesence de lrsquooxygegravene) et traitement en

anaeacuterobie (les microorganismes deacutegradent la matiegravere organique en absence de lrsquooxygegravene)

Les proceacutedeacutes drsquoeacutepuration par voie biologique sont baseacutes sur la transformation microbienne des

colorants La plupart des colorants azoiumlques sont tregraves stables et non biodeacutegradables Beaucoup

drsquoeacutetudes ont deacutemontreacute la biodeacutegradation partielle ou complegravete de certains colorants par voie

biologiques (Adnosinda et al 2003) et (Lopez et al 2004) Mecircme si ces techniques sont

adapteacutees agrave un nombre de polluants organiques elles ne sont pas toujours applicables sur les

effluents textiles industriels en raison de fortes concentrations de polluants de leur toxiciteacute qui

entrainent la destruction des microorganismes ou des boues biologiques agrave traiter

B- Meacutethodes physiques

Lorsque les eaux useacutees ne se precirctent pas agrave une deacutepollution par voie biologique (effluent peu ou

pas biodeacutegradable tempeacuterature trop faible valeurs extrecircmes de pH preacutesence de toxiques)

des proceacutedeacutes physico-chimiques classiques permettent de compenser soit en se substituant

totalement agrave lrsquoeacutepuration par voie biologique soit en traitement compleacutementaire On peut citer

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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par exemple la coagulation-floculation suivie drsquoune deacutecantation (clarification) lrsquoadsorption sur

charbon actif lrsquoeacutechange drsquoions ou la filtration membranaire

B1- Coagulation-floculation

Sous le terme de coagulationndashfloculation on entend tous les processus physico-chimiques par

lesquels des particules colloiumldales ou des solides en fine suspension sont transformeacutes par des

floculants chimiques en espegraveces plus visibles et seacuteparables (les flocs) Les flocs formeacutes sont

ensuite seacutepareacutes par deacutecantation et filtration puis eacutevacueacutes Les coagulants inorganiques tels que

lrsquoalun (Al2(SO4)314H2O) donnent les reacutesultats plus que satisfaisants pour la deacutecoloration des

effluents textiles contenant des colorants disperseacutes de cuve et soufreacutes mais sont totalement

inefficaces pour les colorants azoiumlques acides et basiques (Barclay and Buckley 2000) et

(Vendevivere et al 1998) Par ailleurs la coagulationndashfloculation ne peut ecirctre utiliseacutee pour les

colorants fortement solubles dans lrsquoeau comme le cas du BM

Le principal deacutesavantage de cette technique est qursquoelle geacutenegravere une importante quantiteacute de boue

entrainant des investissements suppleacutementaires

B2- Filtration membranaire

Dans ce proceacutedeacute les polluants sont retenus par une membrane semi permeacuteable dont le diamegravetre

des pores est infeacuterieur agrave celui des moleacutecules agrave eacuteliminer Cette technique est largement utiliseacutee

dans le domaine de lrsquoeau potable et le dessalement La filtration sur membrane sous lrsquoeffet

drsquoune pression hydraulique se deacutecline en microfiltration lrsquoultrafiltration la nano filtration et

lrsquoosmose inverse Parmi les quatre types de proceacutedeacutes la nano filtration et lrsquoosmose inverse sont

les plus adapteacutes agrave la reacuteduction partielle de la couleur et des petites moleacutecules organiques

(Taylor and Jacobs 1996) (Calobro et al 1990) En effet la nano filtration srsquoapplique surtout

au traitement des bains de teinture de colorants reacuteactifs en agissant comme un filtre moleacuteculaire

tandis que la microfiltration retient les mateacuteriaux colloiumldaux tels que les colorants disperseacutes ou

de cuve gracircce agrave une laquomembrane eacutecranraquo (Van der Bruggen et al 2003) Lrsquoultrafiltration ne

srsquoapplique qursquoagrave la reacuteduction de DCO et des solides en suspension (Anselme and Jacobs 1996)

et nrsquoest reacuteellement efficace qursquoen combinaison avec la coagulationfloculation

B3- Adsorption sur charbon actif et autres mateacuteriaux

Le polluant est transfeacutereacute de la phase liquide vers la phase solide lors de lrsquoadsorption Le

charbon actif eacutetant consideacutereacute comme lrsquoadsorbant le plus efficace pour la reacuteduction de la

couleur est limiteacute pour lrsquoeacutelimination de certains colorants Seuls les cationiques colorant agrave

mordant disperseacutes ou dits de cuve sont eacutelimineacutes par cette technique (Raghavacharya 1997)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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C- Meacutethodes chimique

Les techniques drsquooxydation chimiques sont geacuteneacuteralement appliqueacutees quand les proceacutedeacutes

biologiques sont inefficaces Elles peuvent ecirctre ainsi utiliseacutees pour les proceacutedeacutes biologiques en

eacutetapes de preacutetraitement afin de diminuer la charge polluante Lrsquooxydation chimique est

eacutegalement appliqueacutee pour le traitement des organiques dangereux preacutesents en faibles

concentrations et des effluents chargeacutes de constituants reacutesistants aux meacutethodes de

biodeacutegradation Le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) le Cl2 et O3 sont les reacuteactifs les plus souvent

utiliseacutes pour ce type de traitement Le H2O2 est un oxydant moyennement fort et son application

pour le traitement des polluants organiques et inorganiques est bien eacutetablie (Neyens et al

2003) Mais lrsquooxydation par H2O2 nrsquoest pas suffisamment efficace pour de fortes concentrations

en colorant Hamada et al (1998) ont proposeacute de traiter les colorants azoiumlques par hypochlorure

de sodium Cependant si la moleacutecule initiale est deacutetruite les halogegravenes sont susceptibles de

former des trihalomeacutethanes comme sous-produits de deacutegradation lesquels sont canceacuterigegravenes

pour lrsquoHomme

Drsquoougrave la neacutecessiteacute drsquoutiliser des produits drsquooxydation encore plus performant comme les

proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutes (POA)

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation

Avanceacutee (POA)

Lrsquoindustrialisation intensive qui a vu le jour au cours du dernier siegravecle a causeacute lrsquoapparition dans

lrsquoenvironnement de polluants eacutemergents reacutefractaires qui sont reconnus canceacuterigegravenes et

mutagegravenes Dans lrsquooptique de limiter la pollution de lrsquoenvironnement des strateacutegies de

traitement efficaces et eacutecologiques ont eacuteteacute deacuteveloppeacutees Parmi ces strateacutegies se trouve

lrsquoapplication des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee (POA) Figure 3

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Il srsquoagit de proceacutedeacutes de traitement oxydatif qui peuvent ecirctre subdiviseacutes en quatre groupes

(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse

utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et reacutepondent aux

critegraveres suivant (Suty et al 2003)

Ne pas induire de pollution secondaire

Non toxique

Non corrosif pour les eacutequipements

Etre le plus rentable possible

Etre relativement le plus simple agrave manipuler

Les OHbull sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse utiliser dans le domaine des

eaux et des effluents industriels avec une vitesse drsquooxydation (109

fois plus eacuteleveacutee) agrave celle de

lrsquoozone et son potentiel drsquooxydation est de 28 VENH (Parsons 2004) Tableau 1

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique

Oxydant Pouvoir oxydant Edeg (VENH)

OHbull 280

Oo 242

O3 207

H2O2 (milieu acide) 178

Cl2 136

O2 123

Plusieurs secteurs ont utiliseacutes ces proceacutedeacutes pour traiter leurs eaux par exemple Parsons (2004)

lrsquoa utiliseacute pour le traitement des eaux de surface et souterraines Martinez-Huitle and Ferro

(2006) lrsquoont utiliseacute pour le traitement des eaux industrielles Hayet (2011) lrsquoa testeacute dans

lrsquoeacutelimination du 4- chloropheacutenol Hsing et al (2007) et Wu and Chang (2006) ont lrsquoutiliseacute pour

deacutecolorer les eaux des industries textiles Bouafia (2010) a utiliseacute le proceacutedeacute drsquooxydation

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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avanceacutee baseacutee sur le reacuteactif de fenton pour deacutegrader les colorants textiles Derradji (2012) a

coupleacute le POA avec un traitement biologique pour le traitement des eaux useacutees industrielles

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

)

Fenton avait deacutecrivit agrave la fin du XIX egraveme

siegravecle que le fer ferreux (Fe2+

) favorisait fortement

lrsquooxydation de lrsquoacide maleacuteique par le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) en milieu acide (Fenton

1894) Des travaux ulteacuterieurs ont montreacute que la combinaison de H2O2 et de Fe2+

nommeacute

laquo Reacuteactif de Fenton raquo eacutetant un oxydant efficace pour une grande varieacuteteacute de substrats

organiques notamment les pheacutenols les pesticides les aromatiques polycycliques et des

colorants en particulier les azoiumlques (Spadaro et al 1994 Benitez et al 2001 De Heredia et

al 2001) Quarante (40) ans plus tard Haber and Weiss (1934) identifiaient le radical

Hydroxyl comme eacutetant lrsquoespegravece oxydante de la reacuteaction preacutesenteacutee ci-dessous et communeacutement

appeleacutee reacuteaction de Fenton

(Eq2)

Le fer ferrique geacuteneacutereacute peut ensuite reacuteagir avec le peroxyde drsquohydrogegravene pour redonner le fer

ferreux

(Eq3)

La vitesse de deacutecomposition de H2O2 par le Fer II augmente lorsque le pH augmente (le 5) car

dans cette gamme de pH la forme preacutedominante Fe(OH) 2+

est beaucoup plus reacuteactive que lrsquoion

Fe2+

(Kuo 1992)

Lrsquoeacutetude de la deacutepollution des effluents textiles coloreacutes par le proceacutedeacute Fenton (systegraveme H2O2

Fe2+

) a eacuteteacute reacuteveacuteleacutee tregraves efficace et plusieurs eacutetudes ont montreacute que le taux de mineacuteralisation des

colorants syntheacutetiques augmente avec lrsquoaugmentation des doses des reacuteactifs et du temps de

reacuteaction Le rapport des reacuteactifs R =

et le rapport

joue aussi un rocircle important

dans la vitesse de deacutegradation de colorants de deacutepart et sur le taux de mineacuteralisation (Kuo

1992)

Le proceacutedeacute Fenton possegravede trois (03) caracteacuteristiques attractives pour le traitement des

composeacutes organiques (Redha 2011)

Les radicaux hydroxyles OHbull produits reacuteagissent tregraves rapidement (10

9 fois plus reacuteactif

que le O3)

Les reacuteactifs sont simples agrave manipuler et sans danger pour lrsquoenvironnement

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Les produits finaux de deacutegradation (H2O CO2 ions mineacuteraux et hydroxydes ferriques)

nrsquointroduisent pas une pollution suppleacutementaire

Le proceacutedeacute de Fenton est composeacute geacuteneacuteralement de quatre eacutetapes principales ajustement du

pH oxydation neutralisation et coagulationpreacutecipitation Pour lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute la

reacuteaction de fenton ne peut se produire qursquoagrave un pH voisin ou eacutegal agrave 3 ce qui reacutesulte un ajout des

solutions acides Au-delagrave des valeurs de pH comprises entre 3 et 4 le fer (Fe2+

ou Fe3+

) est

susceptible de preacutecipiter et former des hydroxydes de fer induisant ainsi une faible activiteacute

catalytique Le milieu doit ecirctre approvisionneacute drsquoune maniegravere continue Ce qui peut alourdir les

couts de traitement

Le proceacutedeacute Fenton est consideacutereacute aujourdrsquohui comme le proceacutedeacute dont sa mise en œuvre est facile

et plus utiliseacute dans le monde pour le traitement drsquoeffluents industriels textiles mais le proceacutedeacute

est limiteacute par le manque de geacuteneacuteration du catalyseur qui neacutecessite geacuteneacuteralement un apport

constat en reacuteactif et qui contraint de ce fait agrave lrsquoapprovisionner en continu le milieu en peroxyde

drsquohydrogegravene (H2O2) tregraves couteux

III- LA LATERITE

Le Burkina-Faso est un pays de lrsquoAfrique occidentale avec une superficie de 274 000 kmsup2 et le

recouvrement lateacuteritique est un caractegravere dominant des paysages peacuteneacuteplaines ou tabulaires qui

caracteacuterisent sa plus grande partie Les lateacuterites se preacutesentent sous forme de plateaux eacutetendus

buttes teacutemoins cuirasses indureacutes etc Lrsquoeacutepaisseur de ces lateacuterites varie selon la nature des

formations sur lesquelles elles se reposent

La lateacuterite (du latin later brique) est une roche rouge ou brun qui se forme par alteacuteration des

roches sous les climats tropicaux Elle est constitueacutee du fer (Limonite ferrihydrite geothite

heacutematite) drsquoaluminium (Gibbsite cliachite boehmite) de titane de manganegravese et de

silicium On la trouve surtout en domaine intertropical et recouvre 33 des continents

Pour lrsquoeacutetude de la deacutegradation du colorant BM nous avons utiliseacute deux types de lateacuterite

provenant lrsquoune de la reacutegion de Koubri dans le Centre et contenant 314 de fer et lrsquoautre dans

la reacutegion Sud-Ouest du Burkina-Faso contenant 447 pour le traitement (Figure 4) Ces

lateacuterites ont eacuteteacute caracteacuteriseacutees au Laboratoire CRISMAT (Centre National de Recherche et de

Technologie Mateacuteriaux ENSI Caen) en France

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI)

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE

Lrsquoutilisation des substances organiques dans lrsquoindustrie sans traitement est la deacutegradation de la

qualiteacute des eaux qui se reacutepercute sur la santeacute de lrsquoecirctre humain Dans ce chapitre nous allons voir

les produits et mateacuteriels ainsi que la meacutethodologie expeacuterimentale utiliseacutes pour la deacutegradation du

colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute Fenton en phase homogegravene en utilisant le fer

industriel puis le fer extrait de la lateacuterite

Nous preacutesentons en premier lieu la technique du dosage du BM et les reacuteactifs utiliseacutes pour la

deacutegradation de notre colorant Nous eacutevoquons les techniques de caracteacuterisation de la lateacuterite par

diffraction des rayons X et analyse quantitative

I- PRODUITS ET MATERIELS

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite)

Pour lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite nous avons utiliseacute

certains reacuteactifs qui sont illustreacutes dans le tableau 2

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes

Produits Fournisseur Qualiteacute

Bleu de meacutethylegravene Fluka 96

Peroxyde drsquohydrogegravene

(H2O2)

Preacutepareacute par

Laboratoires Gilbert (CA 655-

301-3)

9

Acide sulfurique (H2SO4) Sigma-Aldrich (CA 7664-93-9) 95-97

Sulfate ferreux (FeSO4

7H2O

Fluka Chemika (CA44990) 98

Hydroxyde de Sodium

NaOH

Sigma Aldrich 32

Eau ultra-pure ou Milli-Q Polisseur drsquoeau du LEDES 0055 microScm ou 183

2- Mateacuteriels utiliseacutes

Les mateacuteriels utiliseacutes pour les suivis cineacutetiques de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite sont la spectrophotomeacutetrie DR 5000 la lateacuterite et les trois types drsquoacides

lrsquoacide sulfurique lrsquoacide chlorhydrique lrsquoacide nitrique pour lrsquoextraction du fer de la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM

Les eacutechantillons de lateacuterites utiliseacutees lors de ce travail ont eacuteteacute caracteacuteriseacutes au Laboratoire

CRISMAT (Centre National de Recherche Technologique Mateacuteriaux ENSI Caen) en France Ils

proviennent de deux reacutegions du Burkina-Faso (Dano et Koubri) contiennent respectivement 44

7 et 314 de fer et ont eacuteteacute obtenus par les analyses en diffraction des rayons X (DRX) et en

microscopie eacutelectronique agrave balayage (MEB)

Le principe de lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS

Lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS est une analyse quantitative en des points ou zones speacutecifiques dun

eacutechantillon en utilisant la spectromeacutetrie agrave seacutelection deacutenergie (EDS)

Son principe est que par lintermeacutediaire dun canon agrave eacutelectrons un faisceau deacutelectrons est envoyeacute

sur leacutechantillon En contact avec la matiegravere ces eacutelectrons interagissent de diffeacuterentes faccedilons

Le MEB-EDS du laboratoire va permettre dexploiter trois informations distinctes dont deux qui

vont ecirctre traduites en images

-Une image en eacutelectrons secondaires (SE) qui naicirct dune interaction entre les eacutelectrons du

faisceau et les eacutelectrons des couches eacutelectroniques de latome et qui nous donnera une

information topographique de leacutechantillon

- Une image en eacutelectrons reacutetrodiffuseacutes (BSE) qui reacutesulte de linteraction entre les eacutelectrons du

faisceau le noyau et le nuage eacutelectronique de latome et qui permettra de creacuteer une image par

contraste chimique

- Une troisiegraveme information que lon obtient est une analyse eacuteleacutementaire le microscope

eacutelectronique agrave balayage eacutetant coupleacute agrave un deacutetecteur de rayons X agrave dispersion deacutenergie

Le principe de lrsquoanalyse par Diffraction Rayon X (DRX)

La diffraction des rayons X est une technique danalyse fondeacutee comme son nom lrsquoindique sur la

diffraction des rayons X sur la matiegravere La diffraction des rayons X est un pheacutenomegravene

dinterfeacuterence constructive qui se produit quand un faisceau de rayons X (onde

eacutelectromagneacutetique) peacutenegravetre dans un cristal (empilement peacuteriodique datomes) Il peut donc

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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apparaitre quand on place un monocristal un poly-cristal ou une poudre devant une source de

rayons X Lemplacement des faisceaux diffracteacutes nous informe sur la peacuteriodiciteacute du (des) cristal

tandis que lintensiteacute de ces faisceaux nous informe sur la nature et la position des atomes

contenus dans le cristal La position des intensiteacutes diffracteacutees nous renseignera sur la taille de la

maille tandis que lintensiteacute nous permettra de calculer la position des atomes dans la maille

ainsi que leur nature Les proprieacuteteacutes chimiques ou physiques dun mateacuteriau deacutependent de la

position et la nature des atomes du cristal

Les caracteacuteristiques du diffractomegravetre des eacutechantillons de la poudre de lateacuterite analyseacutee sur un

diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 eacutequipeacute drsquoun monochromateur avant et drsquoun deacutetecteur Lynx-

Eye sont rassembleacutees dans le tableau et figures ci-dessous

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Position initiale [deg2Th] 10 0050

Position finale [deg2Th] 99 9910

Taille [deg2Th] 00110

Temps drsquoeacutetape de balayage [s] 1170

Fente de divergence Fixed

Fente de divergence [mm] 2

Tempeacuterature de mesure [degC] 21

Mateacuteriel drsquoanode Cu

K Alpha 1 [Aring] 154060

Geacuteneacuterateur 40 mA 40 kV

Monochromateur de rayon incident Oui

Rotation Non

Ouverture de deacutetecteur [deg] 35

Deacutetecteur de discrimination LL [V] 017

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Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri

Les diffeacuterentes phases des eacutechantillons de lateacuterites par lrsquoanalyse en diffraction RX sont

reacutecapituleacutees sur ce tableau

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

Phase Koubri Dano

-massique -massique

Phase majoritaire Kaolinite 333 36

Quartz 326 161

Deuxiegraveme sous-ensemble de phase Goethite FeO(OH) 211 352

Heacutematite Fe2O3 73 63

Ferrite

(fer-alpha)

3 32

Phase anatase TiO2 27

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II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene

La solution megravere du BM de concentration 1 g L-1

a eacuteteacute preacutepareacutee en mettant les cristaux dans un

litre drsquoeau distilleacutee Les solutions standard pour lrsquoeacutetablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage ont

eacuteteacute obtenues par des dilutions successives jusqursquoaux concentrations deacutesireacutees

Le suivi de lrsquoeacutevolution de la concentration du BM au cours du temps est fait par

spectrophotomeacutetrie UVVisible

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible

La spectrophotomeacutetrie est une technique analytique quantitative qui consiste agrave mesurer

lrsquoabsorbance ou la densiteacute optique drsquoune substance chimique donneacutee en solution La meacutethode

repose sur la loi de Beer-Lambert qui eacutenonce

Lorsqursquoune substance absorbe de la lumiegravere dans le domaine de lrsquoultra-violet et du

visible lrsquoeacutenergie absorbeacutee provoque des perturbations dans la structure eacutelectronique des

atomes ions ou moleacutecules Un ou plusieurs eacutelectrons utilisent cette eacutenergie pour sauter

drsquoun niveau de basse eacutenergie agrave un niveau de plus haute eacutenergie Ces transitions

eacutelectroniques se font dans le domaine de 350 agrave 800nm pour le visible et entre 200 agrave 350

nm pour lrsquoultra-violet

Un milieu homogegravene traverseacute par la lumiegravere absorbe une partie de celle-ci les

diffeacuterentes radiations constituant le faisceau incident sont diffeacuteremment absorbeacutees

suivant leur longueur drsquoonde et les radiations transmisses sont alors caracteacuteristiques du

milieu

Soit un rayon lumineux monochromatique de longueur drsquoonde λ traversant un milieu

homogegravene drsquoeacutepaisseur l Le taux de deacutecroissance de lrsquointensiteacute lumineuse en fonction de

lrsquoeacutepaisseur du milieu absorbant est donneacute par la loi de Lambert

A= log (

) (Eq4)

Avec

I0 intensiteacute initiale de la lumiegravere traverseacutee

I intensiteacute de la lumiegravere transmise

A absorbance

La spectrophotomeacutetrie UVVisible permet de suivre la deacutecoloration des solutions gracircce aux

absorbances qui eacutevoluent en fonction du temps de traitement Elle permet eacutegalement de suivre

lrsquoeacutevolution des ions gracircce agrave leurs diffeacuterents dosages

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3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM

a- Deacutetermination des longueurs drsquoondes drsquoabsorption maximale

Le spectre drsquoabsorbance du BM a eacuteteacute balayeacute entre 200 et 800 nm afin de suivre quantitativement

sa concentration Les pics de notre colorant sont obtenus agrave 661nm et 291nm (fig 8) Les

diffeacuterentes absorbances ont eacuteteacute deacutetermineacutees et une courbe deacutetalonnage a eacuteteacute traceacutee en utilisant

des solutions standard variant de 0 agrave 8 mg L-1

pour les deux longueurs drsquoondes

Figure 8 Spectre du Bleu de meacutethylegravene

b- Etablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage du BM

La concentration [Fx] des solutions eacutetalon varie de 1 agrave 8 mg L-1

Les volumes agrave preacutelever sont

calculeacutes en appliquant lrsquoeacutequation suivante

(Eq5)

Avec [Fx] - Concentration de lrsquoeacutetalon

Vx - Volume drsquoeacutetalon agrave preacuteparer

[M] - Concentration de la solution megravere

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene

Solution Zero 1 2 3 4 5

Concentration [mgL-1] 0 2 3 4 6 8

Volume neacutecessaire [mL] 0 02 03 04 06 08

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Pour tracer la courbe drsquoeacutetalonnage nous avons introduit les diffeacuterents volumes dans des fioles de

100 mL ensuite nous avons compleacuteteacute agrave lrsquoeau distilleacutee jusqursquoau trait de jauge On a mis la

spectrophotomeacutetrie en marche et proceacutedeacute agrave la lecture du blanc puis successivement des solutions

eacutetalons

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm)

Solution 0 1 2 3 4 5

Con (mg L-1

) 0 2 3 4 6 8

Absorbance (nm) pour λ = 661 0 085 13 18 23 3

Absorbance (nm) pour λ = 291 0 04 06 09 12 17

Figure 9 Courbe deacutetalonnage (λmax = 661 nm et λmax = 291 nm) variation de labsorbance en

fonction de la concentration du BM

4- Preacuteparation des solutions de fer

a- Solution de fer industriel

Le reacuteactif utiliseacute est le sulfate ferreux ou sulfate de fer (II) drsquoune poudre blanchacirctre agrave lrsquoeacutetat

anhydre dont la formule est FeSO4 7H2O Pour la preacuteparation du Fe2+

de concentration 3 g L-1

nous avons verseacute 3 g du sulfate ferreux anhydre dans une fiole de 1 L contenant 500 mL drsquoeau

milli-Q puis ajouter une (1) goutte drsquoacide sulfurique (H2SO4) concentreacute agrave 98 dans la fiole et

laisser agiter pendant 30 secondes Apregraves compleacuteter jusqursquoau trait de jauge et placer sous

agitation durant 1 h jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune solution de couleur rouge brique

b- Solution de fer de la lateacuterite

Pour la deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite les solutions de la lateacuterite

ont eacuteteacute preacutepareacutees de la maniegravere suivante

Pour le lit de lateacuterite nous avons preacuteleveacute

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

Compleacuteter drsquoeau milli-Q (eau ultra pure) jusqursquoau trait de jauge

y = 03938x

Rsup2 = 09869

0

05

1

15

2

25

3

35

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

661nm

y = 02094x

Rsup2 = 09972

0

02

04

06

08

1

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

291 nm

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Ajuster par la suite le pH de la solution agrave 3 avec lrsquoacide sulfurique (concentreacute agrave

95-97)

Figure 8 Lit de lateacuterite

Pour la lateacuterite attaqueacute par de lrsquoacide concentreacute pour lrsquoextraction du Fer

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

30 m L drsquoacide (HClHNO3H2SO4)

Ajouter avec prudence 20 mL drsquoeau milli-Q pour avoir 50 mL de solution

Preacutelever le surnageant pour le traitement du bleu de meacutethylegravene

Figure 9 Attaque acide de la lateacuterite

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton

Lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM srsquoest faite par trois diffeacuterentes eacutetapes

Une solution du BM est soumise agrave un traitement par proceacutedeacute Fenton en utilisant du H2O2

et le fer industriel (Fe2+

) ajustement du pH agrave 3 (Fig12)

Figure 10 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel

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Pour la deacutegradation du BM en utilisant la lateacuterite deux eacutetapes ont eacuteteacute imageacutes lrsquoune par

un lit de lateacuterite et lrsquoautre par la lateacuterite attaqueacutee par trois types drsquoacides (Fig13)

Figure 11 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM

Nous avons deacutetermineacute la cineacutetique de deacutecoloration agrave partir des valeurs des absorbances trouveacutees

agrave 661nm La deacutetermination de la constante de vitesse kapp permet de donner un ordre de

grandeur de la vitesse Expeacuterimentalement on peut montrer que la vitesse de reacuteaction bilan du

BM srsquoeacutecrit de la maniegravere suivante

Bleu de meacutethylegravene + OHbull rarr sous-produit du bleu de meacutethylegravene (Eq6)

Pour la cineacutetique drsquoordre 1

V = -

= kapp (Eq7) reacuteaction de pseudo ordre un laquo1 raquo

Avec

V vitesse de deacutegradation catalytique (mg L-1

h-1

)

kapp constante apparente de deacutegradation (min ou h-1

)

[BM] concentration du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

t temps de reacuteaction (h)

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

Ln (

) = kapp t (Eq8)

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Figure 12 Reacuteaction de pseudo ordre 1

Pour la cineacutetique drsquoordre 2

V = -

= kapp (Eq9) reacuteaction de pseudo ordre un laquo2 raquo

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

int

= - int

(Eq10)

(Eq11)

Figure 13 Reacuteaction de pseudo ordre 2

Pour le calcul des rendements ou taux drsquoabattement (τ) agrave lrsquoissu des eacutetudes cineacutetiques de

deacutegradation du BM nous avons utiliseacute cette formule ci-dessous

τ =

(Eq12)

Rsup2 = 09863

-070

-060

-050

-040

-030

-020

-010

000

0 2 4 6 8

ln (C

Co)

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 1

Rsup2 = 09499

0

0005

001

0015

002

0025

003

0 2 4 6 8

1C

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 2

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL

Tous les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes agrave tempeacuterature ambiante (25degC) Les concentrations du bleu de

meacutethylegravene choisies pour lrsquoexpeacuterience sont 10 et 40 mg L-1

1- Effet de pH du milieu

Etant donneacute que le proceacutedeacute Fenton est baseacute sur lrsquoeffet catalytique du Fer et plus preacuteciseacutement

du Fe2+

il nous est paru neacutecessaire de commencer lrsquoeacutetude par la deacutetermination du pH

optimale pour le proceacutedeacute Lrsquoajustement du pH du milieu srsquoeffectue agrave lrsquoaide drsquoune solution

drsquoacide sulfurique Ce choix est justifieacute par lrsquoexistence deacutejagrave au sein de la solution des ions

2-

suite agrave lrsquoaddition du Fe2+

sous la forme de FeSO4 7H2O

Les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes avec une concentration en BM de 20 mg L-1

un rapport R = 15

correspondant agrave des concentrations de 6 et 040 mg L-1

en H2O2 et Fe2+

respectivement et

pour des valeurs de pH variant entre 3 et 5 Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacute sur figure 16

Figure 14 Effet du pH

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t = 20

min)

pH Rendement ()

3 96

35 5245

4 6156

5 5509

000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 5 10 15 20

[BM

] m

gL

ˉˡ

temps de deacutegradation (mn)

pH = 3

pH = 35

pH = 4

pH = 5

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Drsquoapregraves le tableau preacutecegravedent nous observons que le pH favorable pour la deacutegradation du BM

par le proceacutedeacute Fenton est pH = 3 avec un taux de deacutegradation de 96 au bout de 20 min

De nombreux travaux sur les proceacutedeacutes Fenton ont montreacute que le pH 3 semble ecirctre la meilleure

valeur pour une deacutegradation optimale des polluants organique ((Tang and Huang 1996 Kuo

and Lo 1999) Pour la suite du travail nous adopterons deacutesormais cette valeur de pH

2- Effet de la concentration en BM

Nous avons traiteacute agrave un pH = 3 et agrave 25degC deux solutions du BM de concentration diffeacuterentes

(10 mg L-1

et 40 mg L-1

) en fixant les concentrations de Fe2+

agrave 134 mg L-1

et celle du H2O2 agrave

6 mg L-1

(figure 17)

Figure 15Effet de la concentration du BM

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM

[BM] mg L-1

Rendement () Temps de

deacutecoloration (min)

10 9738 8

40 9565 14

Nous avons constateacute que la concentration du BM de concentration 10 mg L-1

srsquoest deacutegradeacutee

rapidement et complegravetement avec un temps de deacutecoloration (td) de 8 min tandis que celle de

40 mg L-1

est plus lente avec un td de 14 min Donc plus la solution est concentreacutee plus le

temps de deacutegradation est important

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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La cineacutetique de deacutecoloration du colorant BM de concentrations respectives de 10 et

40 mg L-1

obeacuteit agrave la loi cineacutetique de pseudo premier

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM

Solution kapp

BM = 10 mg L-1

028

BM = 40 mg L-1

010

La deacutetermination de la constante apparente de vitesse montre eacutegalement que cette derniegravere

varie en fonction de la concentration en BM En effet la valeur de kapp est deux fois plus

supeacuterieure pour une concentration en BM de 10 mg L-1

que pour celle de 40 mg L-1

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene

Figure 16 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel

Une solution du bleu de meacutethylegravene de concentration 40 mg L-1

est soumise agrave un traitement par

proceacutedeacute Fenton en utilisant 6 mg L-1

de H2O2 et le fer industriel agrave une concentration de 134

mg L-1

Des preacutelegravevements ont eacuteteacute effectueacutes agrave des intervalles reacuteguliers de temps afin de suivre

lrsquoeacutevolution de la deacutegradation par Spectrophotomeacutetrie Lrsquoanalyse spectromeacutetrique des

eacutechantillons est effectueacutee par un balayage du spectre UV-Visible entre 200 et 800 nm (figure

18)

Nous remarquons que plus le temps de traitement est important plus le pic drsquoabsorbance dans

le visible agrave 661 diminue drsquointensiteacute pour srsquoannuler complegravetement agrave partir du 30 min Par

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contre le pic dans le domaine UV agrave 291 il diminue certes drsquointensiteacute mais ne srsquoannule pas

mecircme apregraves 45 min de traitement

Ce reacutesultat nous permet de conclure que le proceacutedeacute Fenton permet une deacutegradation partielle

de la moleacutecule du BM au bout de notre temps de reacuteaction Drsquoapregraves Cao et al (1999) les pics

appartenant aux domaine drsquoUV entre 200 et 260 sont relatives au cycle benzegravene mono ou

poly substitueacute Ceci revient agrave dire que la deacutegradation du BM passe par deux eacutetapes

Deacutegradation du groupement fonctionnel de la moleacutecule du BM (λ = 661 nm) crsquoest agrave

dire que la rupture de lrsquoheacuteteacuterocycle central entraine la perte des conjugaisons des deux

lateacuteraux ce qui explique la deacutecoloration plus ou moins rapide de la solution

La deacutegradation des cycles benzegravene persistant en solution est beaucoup plus lente

puisque lrsquointensiteacute de ce pic (λ = 291 nm) diminue mais ne srsquoannule pas alors que la

solution est claire On peut dire eacutegalement que cette deacutegradation des cycles benzegravene

persistants est due au temps de reacuteaction trop court

4- Effet de la concentration du H2O2

a) En Absence de Fer

En utilisant deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

nous

avons varieacute les concentrations du H2O2 de 1 agrave 6 mg L-1

en absence du fer agrave un pH = 3 et agrave

tempeacuterature ambiante Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacutes sur la figure ci-dessous

Figure 19 Deacutegradation du BM par H2O2 seul

Quel que soit la concentration du BM 10 mg L-1

ou 40 mg L-1

lrsquoeffet du H2O2 sur la

deacutegradation du colorant est pratiquement nulle En effet apregraves un temps arbitraire de 20 min

de traitement on remarque un taux drsquoabattement de 17 pour la concentration en BM de 10

mg L-1

alors qursquoil est nul pour une concentration initiale de 40 mg L-1

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Il est donc clair que le pouvoir oxydant du H2O2 nrsquoest pas assez suffisant pour pouvoir

deacutegrader le BM En effet le H2O2 agrave un pouvoir oxydant de Edeg = 176 VENH par contre

celui drsquoOHbull est de 28 VENH

La mecircme conclusion a eacuteteacute observeacute par Naima (2008) sur lrsquoutilisation du H2O2 seul dans le

traitement des huiles drsquoolive (margines) Le reacutesultat a donneacute que le H2O2 seul pour des valeurs

de concentrations 3 et 20 g L-1

ne peut eacuteliminer totalement la margine de lrsquoeffluents drsquohuilerie

drsquoolive de concentration initiale de 1 g L-1

la moyenne de taux drsquoabattement obtenue ne

deacutepasse pas la valeur de 32 Yameogo (2013) a remarqueacute eacutegalement que lrsquoutilisation du

H2O2 seul nrsquoa eu aucune influence sur la deacutegradation de lrsquoamarante par proceacutedeacute photo-fenton

et heacuteteacuterogegravene avec charbon actif la concentration nrsquoa pas varieacute tout au long du traitement

b) En preacutesence du Fer

Lrsquoefficaciteacute du traitement est donc tributaire de lrsquoexistence de deux entiteacutes H2O2 et Fe2+

En

effet Bach et al (2010) ont utiliseacute le Fe2+

pour traiter lrsquoeau industrielle ils ont trouveacute que le

fer a permis de mineacuteraliser 95 drsquoeacutethylegravene-glycol et 85 de pheacutenol dans une eau industrielle

par proceacutedeacute Fenton Marciel et al (2004) ont remarqueacute que lrsquoapport de sulfate ferreux a

ameacutelioreacute la reacuteduction du COT de 45 agrave 55 lors drsquoune eacutetude drsquooxydation drsquoune solution

pheacutenolique par le proceacutedeacute photo-fenton

Pour la suite Nous avons maintenu la mecircme variation des concentrations en H2O2 (de 1 agrave 6

mg L-1

) mais en additionnant le fer industriel (sulfate ferreux) avec une concentration de 134

mg L-1

pour deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

agrave

tempeacuterature ambiante et agrave un pH eacutegale agrave 3 Ceci revient qursquoen solution le rapport R =

varie de 075 15 25 5 (Figure 20)

Figure 17 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

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Quel que soit la concentration initiale en BM ou en H2O2 lrsquoaddition du fer a entraineacute

lrsquoapparition de la deacutegradation graduelle de la coloration

Plus la concentration en H2O2 est importante plus la vitesse de deacutegradation augmente

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

[BM] mg L-1

10 40

Variation de H2O2 Rendement () Rendement ()

1 6730 5508

2 8522 7029

3 9769 9632

6 9954 9860

La figure 20 montre que taux de deacutecoloration en preacutesence du catalyseur devient plus

important avec lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 Il passe apregraves 60 min de

traitement de 6730 pour une concentration en H2O2 de 1 mg L-1

agrave 9954 pour celle de 6

mg L-1

Ceci est parfaitement preacutevisible puisque lrsquoexistence de lrsquoHydroxyde radicalaire principale

responsable de la deacutegradation est tributaire de la concentration initial en H2O2 (Eq2 sect 11)

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence de

la variation du H2O2

[BM] = 10 mg L-1

[BM] = 40 mg L-1

Ordre de la

reacuteaction k k

075 00036 00005 Ordre 2

15 00092 00007

25 0067 0065 Ordre 1

5 02879 0103

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Nous remarquons que lorsque la concentration en H2O2 augmente lrsquoordre partiel de la reacuteaction

change En effet pour des concentrations en H2O2 lt 3 mg L-1

la reacuteaction de deacutegradation est de

lrsquoordre 2 alors que pour des concentrations plus eacuteleveacutees elle est drsquoordre 1

Nadjette (2009) a montreacute que la deacutegradation du Meacutethyle Orange en preacutesence de dioxyde de

titane (TiO2) suit une cineacutetique drsquoordre 1 Redha (2011) a trouveacute eacutegalement lrsquoordre partiel de

la reacuteaction est eacutegal agrave 1 lors de son eacutetude sur le traitement du Rouge drsquoalizarine S et lrsquoOrange

G par proceacutedeacute drsquooxydation avanceacutee (POA)

Bennani et al (2010) ont eacutelimineacute le bleu de meacutethylegravene en solution aqueuse par lrsquoargile de Safi

(Maroc) Les reacutesultats ont montreacute que le pseudo-second ordre peut deacutecrire le comportement

cineacutetique de lrsquoadsorption du bleu de meacutethylegravene sur lrsquoargile brute et celle purifieacutee Des reacutesultats

similaires ont eacuteteacute observeacutes Gurses et al (2006) et Tsai et al (2007)

Les valeurs de kapp obtenus pour une solution de concentration initiale en BM de 10 mg L-1

sont supeacuterieures agrave celles obtenues pour la solution de 40 mg L-1

et ce lagrave quel que soit lrsquoordre

de la reacuteaction ou la concentration en H2O2 en solution Ces valeurs augmentent avec

lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 et passe de 36 10-3

agrave 02879 et de 05 10-3

agrave 0103

pour une les solutions en BM de 10 et 40 mg L-1

respectivement

5- Effet de la concentration en fer

Pour la suite nous eacutetudierons lrsquoeffet de la concentration en Fer sur lrsquoefficaciteacute du traitement

du BM pour deux solutions de concentration 10 et 40 mg L-1

en BM Les essais ont eacuteteacute

reacutealiseacutes en maintenant constante la concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

et en faisant varieacute la

concentration en Fe2+

de 02 agrave 134 mg L-1

correspondant agrave une variation du rapport R =

de 5 agrave 30

Figure 18 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM

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En absence de fer aucune baisse dans la concentration en BM nrsquoest observeacutee Pourtant degraves

lrsquoajout drsquoune faible concentration (02 mg L-1

) entraine une diminution progressive de la

couleur au cours du temps Il est eacutegalement observeacute que quel que soit la concentration initiale

en BM le temps de deacutegradation (td) du colorant est inversement proportionnel agrave la

concentration en Fe2+

en solution En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

td

passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 alors que pour une concentration

de 40 mg L-1

il passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig22)

Figure 19 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer industriel

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction du rapport R

[BM] = 10 mg L

-1 [BM] = 40 mg L

-1

kapp kapp

OR

DR

E

1

par

rapport

agrave B

M 30 00027 00125

15 00061 00321

10 0026 00496

5 02879 0103

Nous remarquons que lrsquoeffet de lrsquoaugmentation de la concentration en Fe2+

en solution sur la

cineacutetique de deacutegradation du BM est beaucoup plus important pour des faibles concentrations

(10 mg L-1

) que pour les fortes concentrations (40 mg L-1

) En effet pour une variation de R de

30 agrave 10 kapp eacutevolue de 27 10-4

min agrave 26 10-2

min soit un facteur 100 pour une concentration

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en BM de 10 mg L-1

alors qursquoelle eacutevolue de 00125 agrave 005 soit un facteur 4 pour une

concentration en BM de 40 mg L-1

Drsquoapregraves ces reacutesultats on peut conclure drsquoune faccedilon geacuteneacuterale que la preacutesence drsquoune forte

concentration du catalyseur favorise la formation des radicaux OHbull principaux responsable de

la deacutegradation du BM Pourtant il a eacuteteacute montreacute dans plusieurs eacutetudes (Brillas et al 2004

Diagne 2006 Oturan et al 1999) que le Fe2+

ajouteacute agrave forte dose entraine une perte du

rendement du proceacutedeacute puisque le Fe2+

en plus de son rocircle de catalyseur peut jouer un rocircle de

destructeur crsquoest-agrave-dire qursquoil piegravege les OHbull produits

Lrsquoeacutelimination des polluants reacutefractaires est donc tributaire de la preacutesence des ions meacutetallique

sauf qursquoil neacutecessite un apport important en Fe2+

ce qui entraine un coucirct (Bouafia 2010)

Crsquoest pour cette raison que nous avons opteacute pour lrsquoutilisation de la lateacuterite en faisant une

attaque acide afin drsquoextraire le fer pour traiter le BM

II- UTILISATION DE LATERITE

Les eacutechantillons de la lateacuterite choisie se preacutesentent tous sous forme de poudres de couleur

ocre Lrsquoapplication drsquoun proceacutedeacute qui neacutecessite des quantiteacutes preacutecis de fer est un peu difficile

pour un pays dont le taux drsquoalphabeacutetisation est seulement de 218 et un seuil de pauvreteacute

(PIB par habitant est eacutegal agrave 1500 $) En effet lrsquoajout drsquoune forte concentration du catalyseur

dans la solution agrave traiter peut diminuer lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute Fenton Lrsquoanalyse DRX a

montreacute que la lateacuterite existante au Burkina-Faso est riche en fer En effet pour la reacutegion de

Dano le pourcentage en fer atteint 44 en masse alors que pour Koubri il est de 31

La premiegravere question auquel on srsquoeacutetait poseacute est si le fer eacutetait facilement ex tractable ou bien il

neacutecessite une mineacuteralisation preacutealable

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

La figure ci-dessous montre lrsquoallure de lrsquoeffet de lit de lateacuterite de Dano drsquoune part et celui de

Koubri drsquoautre avec ajustement de pH dans une solution du BM de concentration 40 mg L-1

en maintenant ma concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

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Figure 20 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

Nous observons que la solution du BM en contact avec le lit de Dano se deacutegrade plus vite que

celle en contact avec le lit de lateacuterite de Koubri Cela est ducirc au fait que la lateacuterite de Dano

libegravere plus facilement sa phase ferrique par rapport agrave celle de Koubri

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri)

Dans ce cadre nous avons compareacute lrsquoeffet drsquoun lit de lateacuterite (ajustement du pH) et une lateacuterite

attaqueacutee avec du H2SO4 sur une solution du BM agrave 40 mg L-1

La concentration en H2O2 eacutetant

maintenue agrave 6 mg L-1

(figure 24)

Figure 21 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri

La figure 24 montre que la quantiteacute de colorant deacutegradeacutee deacutecroit plus rapidement dans le cas

de lrsquoattaque acide Ce comportement est ducirc qursquoelle libegravere plus de Fe2+

en solution Le Fe2+

en

contact avec le H2O2 forme les radicaux hydroxyles (OHbull) pour le traitement des polluants

organiques par le proceacutedeacute Fenton

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

[BM] mg

L-1

Dano Koubri

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Rendement

()

4394 9991 364 9685

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Le taux drsquoabattement du BM par lrsquoattaque acide sur la lateacuterite de Dano est de 9991 apregraves

un temps de manipulation de 5 heures alors que celui du lit de lateacuterite (ajustement du pH) est

de 4394 pour le mecircme intervalle de temps

Cette diffeacuterence de rendement entre les lits de deux lateacuterites (Dano 4394 et Koubri

364) est due que la lateacuterite de Dano libegravere plus facilement sa phase ferrique que celle de

Koubri Etant donneacute que les phases ferriques sont les mecircmes pour les deux lateacuterites on

pourrait conclure que la diffeacuterence provient aussi du fait que la lateacuterite de Dano est beaucoup

plus riche en fer Ce qui facilite son extraction et que pour Koubri la phase Anastase en TiO2

pourrait gecircner son extraction

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et

Koubri)

Nous avons compareacute lrsquoefficaciteacute de 3 acides (sulfurique laquoH2SO4raquo chlorhydrique laquoHCl raquo et

nitrique laquoHNO3raquo) pour lrsquoextraction du fer des lateacuterites La concentration de la solution du

BM utiliseacutee est de 40 mg L-1

la concentration en H2O2 est toujours maintenue agrave 6 mg L-1

Figure 22 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri

La figure 25 montre que la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est la plus efficace pour la

deacutecoloration de la solution En effet Pour la lateacuterite de Dano le td est de 40 mn pour le H2SO4

et drsquoune heure (1h) et 1h30 pour le HNO3 et le HCl respectivement Pour celle de Koubri le

td de la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est drsquoune heure (1h) tandis que pour des deux autres

acides HCl et HNO3 les td sont respectivement de deux (2h) et quatre heure (4h)

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri

[BM] mg L-1

Dano Koubri

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Rendement () 9991 9890 9797 9685 9593 9223

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On peut deacuteduire que lrsquoefficaciteacute de lrsquoattaque acide par le H2SO4 utiliseacute pour extraire le fer de

la lateacuterite est due au caractegravere diacide (H2SO4)

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri)

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig26)

Figure 23 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer extrait de la lateacuterite

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction des attaques acides (Dano et Koubri)

Attaque acide Dano Koubri

kapp

OR

DR

E 1 par

rapport

agrave B

M

HCl 00127 00094

HNO3 00131 00096

H2SO4 00142 00194

Nous remarquons que lrsquoutilisation de la lateacuterite de Dano ne change pas lrsquoordre apparent de la

vitesse de deacutegradation qui reste eacutegale 1 La valeur de kapp varie de 127 10-2

min-1

pour HCl et

142 10-2

min pour H2SO4 ce qui confirme bien le reacutesultat obtenu pour la figure 19

Pour la lateacuterite de Koubri la valeur de kapp varie de 910-3

min-1

pour HCl et 194 10-2

min-1

pour H2SO4

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5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer

de la lateacuterite (Dano et Koubri)

Sur la figure 27 nous avons superposeacute les reacutesultats obtenus pour la deacutegradation drsquoune solution

de 40 mg L-1

du BM en preacutesence de 6 mg L-1

de H2O2 avec lrsquoajout de Fer extrait de la lateacuterite

de Dano et Koubri drsquoune part et le fer industriel drsquoautre part

Figure 24 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel

Il est montreacute que le taux de deacutegradation obtenu est perceptiblement le mecircme seule reste un

handicap le temps de traitement 20 min pour le fer industriel 40 min pour le fer extrait de la

lateacuterite de Dano et 1h pour celui de Koubri

Le traitement par la lateacuterite de Dano est efficace et preacutesente donc un avantage certains

puisqursquoil permet de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du BM par rapport agrave celui par la lateacuterite de

Koubri qui deacutegrade seulement que 9796

Beaucoup drsquoeacutetudes ont eacuteteacute faites sur lrsquoeacutelimination du bleu de meacutethylegravene En utilisant le

charbon actif commercial CECA40 de granulomeacutetrie infeacuterieure agrave 125 μm Houas et al (1999)

ont eacutelimineacute 93 du BM dans lrsquoeau pour un temps de contact de 5heures Kumar and

Tamilarasan (2013) ont utiliseacute 01g de charbon actif agrave base des graines drsquoacacia pour eacuteliminer

9312 de BM Bennani et al (2010) ont eacutetudieacute lrsquoadsorption BM sur lrsquoargile brute et

purifieacutee Ils ont montreacute que le processus drsquoadsorption est tregraves rapide et que 95 de la quantiteacute

adsorbeacutee est atteinte pendant les dix premiegraveres minutes Talidi (2006) a utiliseacute la pyrophyllite

(argile) il a montreacute que lrsquoadsorption du BM est de lrsquoordre de 7845 6658 et 5471

respectivement pour les concentrations initiales de 75 225 et 374ppm Sassi and Bennour

(2011) ont utiliseacute le traitement biologique par Biosorption du BM par Pseudomonas

Aeruginosa isoleacute agrave partir drsquoune boue de laiterie a montreacute un taux drsquoeacutelimination du BM variant

de 45 agrave 55 aux valeurs de pH = 7 et 8

Nous pouvons dire que le traitement par la lateacuterite a permis de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du

BM par rapport aux eacutetudes faites en utilisant drsquoautres mateacuteriaux et que la lateacuterite recouvre

000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 100 200 300

[BM

] mg

Lˉˡ

temps de traitement (mn)

Attaque acide

(Dano)

Attaque acide

(Koubri)

Fer industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page 37

33 du continent mondial ce qui pourrait rendre son utilisation moins chegravere par rapport aux

autres traitements (Fer industriel Charbon actifhellip) puis qursquoon nrsquoa pas fait une eacutetude

eacuteconomique pour voir son cout

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page 38

CONCLUSION

Ce travail qui a porteacute sur la deacutegradation du colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute

Fenton en comparant les performances obtenues entre lrsquoutilisation du fer industriel (Fenton

classique) et le fer extrait de la lateacuterite ont montreacute que

Pour lrsquoutilisation du fer industriel la deacutegradation du BM est obtenue agrave une valeur de 3 pour

une variation du rapport des concentrations R de 15 agrave 5 et que lrsquoutilisation du peroxyde (H2O2)

seul ne peut pas deacutegrader le BM car son pouvoir oxydant nrsquoest pas assez suffisant pour

pouvoir deacutegrader le colorant Lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute est donc intimement lieacutee agrave lrsquoexistence de

deux reacuteactifs En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

le temps de deacutecoloration

(td) passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 et pour celle de 40 mg L-1

il

passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R Le traitement du BM par proceacutedeacute

fenton est donc tributaire de lrsquoutilisation de Fe2+

Afin de minimiser le coucirct du traitement et surtout voir lrsquoefficaciteacute du traitement en utilisant la

lateacuterite nous avons essayeacute de remplacer le fer industriel par le fer extrait de la lateacuterite

provenant de deux reacutegions du Burkina-Faso Dano et Koubri

Les reacutesultats obtenus par lrsquoutilisation du fer de la lateacuterite sont inteacuteressants pour des eacutetudes sur

drsquoautres colorants En effet le lit de lateacuterite avec ajustement du pH a permis une deacutegradation du

colorant de 44 pour un temps de traitement de 5h tandis que le traitement par lrsquoattaque acide

lui a deacutegradeacute le BM de pregraves que 100 En effet les taux drsquoabattements pour lrsquoattaque acide de

la lateacuterite de Dano et de Koubri sont respectivement de 99 au bout de 40 min et de 97 pour

une manipulation drsquoenviron 1 h

Cette eacutetude sur la deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en utilisation le fer de la lateacuterite

nous a permis de montrer qursquoil est possible de simplifier de point de vue utilisation et coucirct le

proceacutedeacute Fenton pour les colorants syntheacutetiques drsquoeffluents industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page 39

PERSPECTIVES

En perspectives il serait inteacuteressant

De faire une eacutetude approfondi pour voir le cout du traitement du proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite

Essayer de traiter drsquoautres familles de colorants en utilisant la lateacuterite attaqueacutee par

lrsquoacide pour voir lrsquoefficaciteacute du systegraveme

Appliquer le traitement sur des effluents textiles reacuteels

Imaginer un systegraveme de traitement agrave grand eacutechelle

Essayer le traitement sur drsquoautres polluants reacutecalcitrant PCB pheacutenol pesticides

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Page 12: Dégradation des effluents textiles (cas d’un colorant

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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INTRODUCTION GENERALE

Quel que soit le deacuteveloppement de la socieacuteteacute lrsquoeau reste un facteur primordial dans toutes les

couches socio-eacuteconomiques Malheureusement lrsquoeau douce disponible pour les humains et

aussi pour le reste de lrsquoeacutecosystegraveme repreacutesente moins de 1 du volume total drsquoeau sur terre et

la qualiteacute de la partie disponible et potentiellement utilisable par lrsquohomme nrsquoest que de 01

et nrsquoa cesseacute de se deacutegrader et parfois dlsquoune maniegravere irreacuteversible Selon lrsquoONG Water Aiumld 34

millions de personnes au Burkina-Faso nrsquoont pas accegraves agrave lrsquoeau potable

Lrsquoindustrie du textile est lrsquoune des industries la plus consommatrice drsquoeau (par exemple pour

teindre quelques 30 milliards de kilo de tissusan il faut consommer 4 milliards de tonnes

drsquoeauan) et geacutenegravere des rejets constitueacutes de moleacutecules organiques reacutecalcitrantes preacutesentant

geacuteneacuteralement des problegravemes de couleur de concentrations eacuteleveacutees de DBO de DCO de

matiegraveres en suspension ainsi que de toxiciteacute et de conductiviteacute eacuteleveacutees Selon la Banque

mondiale lrsquoindustrie textile est responsable de 17 agrave 20 de la pollution de leau dans le

monde En 2009 les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels La production mondiale des colorants est estimeacutee agrave plus de 800000

tonnesan (Mansour et al 2010) Drsquoapregraves la Chambre de Commerce et drsquoIndustrie du Burkina

(CCI) la quantiteacute de colorants importeacutee au Burkina-Faso est de 79 tonnes en 2012

Ces colorants dans lrsquoensemble sont toxiques de par leur composition et leurs modes

drsquoutilisation Ils sont susceptibles drsquoinduire chez lrsquoHomme des dermatoses voire des cancers

de la peau tant pour les personnes travaillant agrave la teinture des fibres textiles que via la

transpiration pour les personnes portant les vecirctements De plus les effluents non traiteacutes de ces

colorants sont responsable apregraves rejets de la deacutegradation de lrsquoenvironnement (des eaux de

surface et souterraines des sols voire de la veacutegeacutetation) Pour remeacutedier agrave tous ces impacts

neacutegatifs un traitement par deacutecoloration de ces effluents srsquoimpose avant tout rejet dans

lrsquoenvironnement

La deacutecoloration des rejets de lrsquoindustrie textile est souvent difficile car les colorants

organiques ne sont pas deacutegradeacutes par voies conventionnels En effet ces produits sont stables

aux agents oxydants aux rayonnements et reacutesistent fortement agrave la digestion aeacuterobie Pour cela

plusieurs types de traitement ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes et testeacutes notamment lrsquoosmose inverse la

preacutecipitationcoagulation des matiegraveres colorantes lrsquoadsorption sur charbon actif la filtration

membranaire (Barclay and Buckley2000) Cependant ces proceacutedeacutes classiques de traitement

ne reacutepondent pas agrave cette attente car ils sont pour la plupart non destructifs et tregraves couteux

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour reacutepondre agrave cette faille de nouveaux proceacutedeacutes ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes dont les proceacutedeacutes

drsquooxydation avanceacute (POA) qui sont des proceacutedeacutes de traitement oxydatif subdiviseacutes en quatre

groupes(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon

puisse utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et son

potentiel normal drsquooxydoreacuteduction est de 28VENH (Parsons 2004)

Le proceacutedeacute fenton un des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee est une technologie eacuteprouveacutee et

efficace pour la destruction drsquoun grand nombre de polluant organique Cette technique

consiste agrave initier des reacuteactions de deacutecomposition du peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) par des

sels meacutetalliques en vue de geacuteneacuterer des espegraveces radicalaires (OHbull HO2

bull etc) tregraves reacuteactives

Son inconveacutenient majeur est qursquoil neacutecessite une grande quantiteacute de produits chimiques en

phase homogegravene tels que le fer (Fe2+

) qui geacutenegravere un cout suppleacutementaire et conduit agrave la

geacuteneacuteration de grandes quantiteacutes de boues ou agrave la formation de deacuteriveacutes pour le traitement

Lrsquoobjectif de cet meacutemoire est drsquoeacutetudier la deacutegradation du bleu de meacutethylegravene modegravele de

colorant syntheacutetique textile par le proceacutedeacute fenton en remplaccedilant le fer industriel (Fe3+

Fe2+

)

par le fer extrait de la lateacuterite locale en vue de reacuteduire le cout des traitements des effluents

textiles Si cette expeacuterience au laboratoire donne des reacutesultats satisfaisants elle pourrait ecirctre

extrapoleacutee agrave grande eacutechelle et ecirctre une des solutions pour le traitement de rejets textiles par

des mateacuteriaux locaux en Afrique puisque la lateacuterite recouvre environ 33 de continent

africain et est tregraves abondante au Burkina-Faso

Apregraves une introduction geacuteneacuterale ce meacutemoire sera structureacute en trois (03) chapitres

Le premier chapitre sera consacreacute agrave une eacutetude bibliographique sur les colorants les

meacutethodes de traitements des effluents textiles et la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Le second chapitre abordera la partie mateacuterielles et meacutethodes Nous deacutecrirons les

protocoles expeacuterimentaux le mateacuteriel et les reacuteactifs employeacutes ainsi que les meacutethodes

expeacuterimentales utiliseacutees

Le troisiegraveme chapitre est consacreacute aux reacutesultats obtenus accompagneacutes drsquoune

discussion afin de comparer nos reacutesultats aux autres eacutetudes faites sur la deacutegradation du

bleu de meacutethylegravene (BM) par drsquoautres mateacuteriaux

Une conclusion geacuteneacuterale ainsi que quelques perspectives seront preacutesenteacutees en fin du

document

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE I REVUE BIBLIOGRAPHIQUE

I- LES COLORANTS (Caracteacuteristiques classification et toxiciteacute)

1- Historique des colorants

Depuis le deacutebut de lrsquohumaniteacute les colorants appliqueacutes dans pratiquement toutes les activiteacutes

humaines (peinture teinture du papier de la peau et des vecirctements) eacutetaient drsquoorigines naturelles

et veacutegeacutetales Ces colorants sont tous des composeacutes aromatiques qui proviennent essentiellement

des plantes tel que lrsquoalizarine et lrsquoindigo Lrsquoindustrie des colorants syntheacutetiques est neacutee en 1856

quand le chimiste anglais W H Perkin dans une tentative de synthegravese de la quinine artificielle

pour soigner la malaria a obtenu la premiegravere matiegravere colorante syntheacutetique qursquoil appela

mauve (aniline colorant basique) Apregraves la deacutecouverte de la mauve de nouveaux colorants

ont commenceacute agrave paraitre sur le marcheacute (Jaussaud 1993)

Au deacutebut du 20egraveme

siegravecle les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels Selon Mansour et al (2010) la production mondiale des colorants est

estimeacutee agrave plus de 800000 tonnesan

2- Deacutefinition des colorants

Un colorant est une substance coloreacutee qui interagit avec le milieu dans lequel elle est introduite

et le colore en srsquoy dissolvant etou dispersant lui confeacuterant la proprieacuteteacute de teindre Cette

proprieacuteteacute reacutesulte drsquoune affiniteacute particuliegravere entre le colorant et la fibre Selon le type

drsquoapplication et drsquoutilisation les colorants syntheacutetiques doivent reacutepondre agrave un certain nombre

de critegraveres afin de prolonger la dureacutee de vie des produits coloreacutes sur lesquels ils sont appliqueacutes

Ces critegraveres sont la reacutesistance agrave lrsquoabrasion la stabiliteacute photolytique des couleurs la reacutesistance

agrave lrsquooxydation chimique (notamment les deacutetergents) et aux attaques microbiennes(Pagga and

Brown 1986) et (Zawlotzki Guivarch 2004)

3- Classification des colorants syntheacutetiques

Les matiegraveres colorantes se caracteacuterisent par leur capaciteacute agrave absorber les rayonnements lumineux

dans le spectre visible (de 380 agrave 750 nm) La transformation de la lumiegravere blanche en lumiegravere

coloreacutee par reacuteflexion sur un corps ou par transmission ou diffusion reacutesulte de labsorption

seacutelective deacutenergie par certains groupes datomes appeleacutes chromophores la moleacutecule colorante

eacutetant le chromogegravene Dautres groupes datomes du chromogegravene peuvent intensifier ou changer

la couleur due au chromophore ce sont les groupes auxochromes (Barka 2008)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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4- Les colorants aziniques (thiazines)

Les colorants thiazines sont analogues aux colorants oxazines sauf que lrsquoatome de soufre

remplace lrsquoatome drsquooxygegravene dans lrsquoanneau heacuteteacuterocyclique Ces colorants ont un noyau

phenazonium comme chromophore avec des groupes amineacutes en para par rapport au soufre

comme auxochrome Ils ont un intervalle de couleur du vert au bleu et ils sont stables agrave la

lumiegravere Ils sont utiliseacutes dans le domaine du textile meacutedecine pharmacie et biologie

Seulement cinq colorants thiazines sont connus et toujours fabriqueacutes azure A azure B azure C

thionine et bleu de meacutethylegravene

Le colorant thiazine le plus important est le bleu de meacutethylegravene deacutecouvert par Caro en 1876

Colorants doxazines Colorants thiazines

Oxazines

Thiazine

5- Toxiciteacute des colorants

La prise de conscience quant agrave la dangerositeacute de certains colorants a commenceacute vers 1890 ougrave

lrsquoon surveillait essentiellement les teneurs en cuivre en arsenic et en plomb dans les colorants

syntheacutetiques ou mineacuteraux Cependant bien que des toxicologues aient auparavant mis en

eacutevidence chez les animaux le risque de cancer lieacute agrave lrsquoingestion de certains colorants azoiumlques

rouges ce nrsquoest qursquoapregraves la deuxiegraveme (2egraveme

) guerre mondiale que des seacuterieux tests biologiques

ont abouti agrave la remise en cause de la plupart des colorants utiliseacutes Une reacuteglementation plus

exigeante a eacuteteacute instaureacutee en 1960 concernant le test de toxicologique des colorants mis sur le

marcheacute Pour le cas du Burkina-Faso il yrsquoa un deacutecret ndeg2001-185 (article 12) portant

interdiction de rejet dans lrsquoenvironnement de certaines substances canceacuterigegravenes dans

lrsquoenvironnement

6- Proprieacuteteacutes physico-chimiques du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene colorant azinique (thiazine) de la famille basique ou cationique aussi

appeleacute chlorure de bis-(dimethylamino)- 37 phenazathionium est soluble dans lrsquoeau (50 g L-1

) et

moins soluble dans lrsquoalcool (10 g L-1

) Sa formule chimique est C16H18ClN3S une masse molaire

de 319852 g mol-1

se preacutesente sous forme drsquoune poudre cristalline drsquoun bleu fonceacute est un deacuteriveacute

azoteacute (Fig1)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 1 Bleu de meacutethylegravene et sa structure chimique

Il est couramment utiliseacute comme modegravele de contaminant organique en raison de sa structure

moleacuteculaire stable Dans la reacuteaction de reacuteduction le BM se transforme en leuco meacutethylegravene

incolore due agrave la perte du doublet libre de lrsquoazote et introduction drsquoun atome drsquohydrogegravene

Le BM sous sa forme incolore est

(Eq 1)

bleu de meacutethylegravene chlorure de meacutethylthioninium

S

N

N NCl-

hydroxyde de meacutethylthioninium

S

N

N N HO

Figure 2 Forme incolore du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene est le colorant le plus couramment utiliseacute dans la teinture du coton du bois

et de la soie Il peut provoquer des brucirclures oculaires responsables de blessures permanentes aux

yeux de lrsquohomme et des animaux Son inhalation peut donner lieu agrave des difficulteacutes respiratoires

entrainer des cas drsquoaneacutemie apregraves une absorption prolongeacutee et son ingestion par la bouche produit

une sensation de brucirclure provoque des nauseacutees des vomissements transpiration et sueurs

froides abondantes (Ghosh and Bhattacharyya 2002) Il est aussi est toxique pour les algues et

les petits crustaceacutes agrave partir des concentrations de 01 mg L-1

et 2 mg L-1

respectivement (Ounissa

1996 Meink et al 1997)

Le traitement des rejets industriels contenant ce type de colorant srsquoavegravere drsquoun grand inteacuterecirct

II- TRAITEMENT DES REJETS TEXTILES

1- Geacuteneacuteraliteacutes sur les meacutethodes de traitements

Le traitement des rejets textiles compte tenu de leur heacuteteacuterogeacuteneacuteiteacute de composition conduira

toujours agrave la conception drsquoune chaine de traitement assurant lrsquoeacutelimination des diffeacuterents

polluants par des eacutetapes successives La premiegravere eacutetape consiste agrave eacuteliminer la pollution par

lrsquointermeacutediaire de preacutetraitement (deacutegrillage dessablage deacuteshuilage etc) etou de traitement

physique ou physico-chimique assurant une seacuteparation solide-liquide Drsquoapregraves Barclay and

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Buckley (2000) les techniques de deacutepollution intervenant le plus courant en deuxiegraveme eacutetape

dans les industries se divisent en trois cateacutegories

1- Biologique

Traitement aeacuterobie

Traitement anaeacuterobie

2- Physique

Meacutethode de preacutecipitation (coagulation floculation seacutedimentation)

Adsorption (sur charbon actif)

Osmose inverse filtration sur membrane

3- Chimique

Oxydation (oxygegravene ozone oxydants tels que le H2O2 NaOCl)

Reacuteduction (Na2S2O2)

Meacutethode de complexomeacutetrique

Reacutesine eacutechangeuse drsquoions

A- Meacutethodes biologiques

Lrsquoavanceacutee technologique a permis la conception des systegravemes de traitement biologique

perfectionneacutes en se basant sur lrsquoautoeacutepuration naturelle des eaux Ces proceacutedeacutes biologiques se

font selon deux modes traitements en aeacuterobie (en preacutesence de lrsquooxygegravene) et traitement en

anaeacuterobie (les microorganismes deacutegradent la matiegravere organique en absence de lrsquooxygegravene)

Les proceacutedeacutes drsquoeacutepuration par voie biologique sont baseacutes sur la transformation microbienne des

colorants La plupart des colorants azoiumlques sont tregraves stables et non biodeacutegradables Beaucoup

drsquoeacutetudes ont deacutemontreacute la biodeacutegradation partielle ou complegravete de certains colorants par voie

biologiques (Adnosinda et al 2003) et (Lopez et al 2004) Mecircme si ces techniques sont

adapteacutees agrave un nombre de polluants organiques elles ne sont pas toujours applicables sur les

effluents textiles industriels en raison de fortes concentrations de polluants de leur toxiciteacute qui

entrainent la destruction des microorganismes ou des boues biologiques agrave traiter

B- Meacutethodes physiques

Lorsque les eaux useacutees ne se precirctent pas agrave une deacutepollution par voie biologique (effluent peu ou

pas biodeacutegradable tempeacuterature trop faible valeurs extrecircmes de pH preacutesence de toxiques)

des proceacutedeacutes physico-chimiques classiques permettent de compenser soit en se substituant

totalement agrave lrsquoeacutepuration par voie biologique soit en traitement compleacutementaire On peut citer

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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par exemple la coagulation-floculation suivie drsquoune deacutecantation (clarification) lrsquoadsorption sur

charbon actif lrsquoeacutechange drsquoions ou la filtration membranaire

B1- Coagulation-floculation

Sous le terme de coagulationndashfloculation on entend tous les processus physico-chimiques par

lesquels des particules colloiumldales ou des solides en fine suspension sont transformeacutes par des

floculants chimiques en espegraveces plus visibles et seacuteparables (les flocs) Les flocs formeacutes sont

ensuite seacutepareacutes par deacutecantation et filtration puis eacutevacueacutes Les coagulants inorganiques tels que

lrsquoalun (Al2(SO4)314H2O) donnent les reacutesultats plus que satisfaisants pour la deacutecoloration des

effluents textiles contenant des colorants disperseacutes de cuve et soufreacutes mais sont totalement

inefficaces pour les colorants azoiumlques acides et basiques (Barclay and Buckley 2000) et

(Vendevivere et al 1998) Par ailleurs la coagulationndashfloculation ne peut ecirctre utiliseacutee pour les

colorants fortement solubles dans lrsquoeau comme le cas du BM

Le principal deacutesavantage de cette technique est qursquoelle geacutenegravere une importante quantiteacute de boue

entrainant des investissements suppleacutementaires

B2- Filtration membranaire

Dans ce proceacutedeacute les polluants sont retenus par une membrane semi permeacuteable dont le diamegravetre

des pores est infeacuterieur agrave celui des moleacutecules agrave eacuteliminer Cette technique est largement utiliseacutee

dans le domaine de lrsquoeau potable et le dessalement La filtration sur membrane sous lrsquoeffet

drsquoune pression hydraulique se deacutecline en microfiltration lrsquoultrafiltration la nano filtration et

lrsquoosmose inverse Parmi les quatre types de proceacutedeacutes la nano filtration et lrsquoosmose inverse sont

les plus adapteacutes agrave la reacuteduction partielle de la couleur et des petites moleacutecules organiques

(Taylor and Jacobs 1996) (Calobro et al 1990) En effet la nano filtration srsquoapplique surtout

au traitement des bains de teinture de colorants reacuteactifs en agissant comme un filtre moleacuteculaire

tandis que la microfiltration retient les mateacuteriaux colloiumldaux tels que les colorants disperseacutes ou

de cuve gracircce agrave une laquomembrane eacutecranraquo (Van der Bruggen et al 2003) Lrsquoultrafiltration ne

srsquoapplique qursquoagrave la reacuteduction de DCO et des solides en suspension (Anselme and Jacobs 1996)

et nrsquoest reacuteellement efficace qursquoen combinaison avec la coagulationfloculation

B3- Adsorption sur charbon actif et autres mateacuteriaux

Le polluant est transfeacutereacute de la phase liquide vers la phase solide lors de lrsquoadsorption Le

charbon actif eacutetant consideacutereacute comme lrsquoadsorbant le plus efficace pour la reacuteduction de la

couleur est limiteacute pour lrsquoeacutelimination de certains colorants Seuls les cationiques colorant agrave

mordant disperseacutes ou dits de cuve sont eacutelimineacutes par cette technique (Raghavacharya 1997)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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C- Meacutethodes chimique

Les techniques drsquooxydation chimiques sont geacuteneacuteralement appliqueacutees quand les proceacutedeacutes

biologiques sont inefficaces Elles peuvent ecirctre ainsi utiliseacutees pour les proceacutedeacutes biologiques en

eacutetapes de preacutetraitement afin de diminuer la charge polluante Lrsquooxydation chimique est

eacutegalement appliqueacutee pour le traitement des organiques dangereux preacutesents en faibles

concentrations et des effluents chargeacutes de constituants reacutesistants aux meacutethodes de

biodeacutegradation Le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) le Cl2 et O3 sont les reacuteactifs les plus souvent

utiliseacutes pour ce type de traitement Le H2O2 est un oxydant moyennement fort et son application

pour le traitement des polluants organiques et inorganiques est bien eacutetablie (Neyens et al

2003) Mais lrsquooxydation par H2O2 nrsquoest pas suffisamment efficace pour de fortes concentrations

en colorant Hamada et al (1998) ont proposeacute de traiter les colorants azoiumlques par hypochlorure

de sodium Cependant si la moleacutecule initiale est deacutetruite les halogegravenes sont susceptibles de

former des trihalomeacutethanes comme sous-produits de deacutegradation lesquels sont canceacuterigegravenes

pour lrsquoHomme

Drsquoougrave la neacutecessiteacute drsquoutiliser des produits drsquooxydation encore plus performant comme les

proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutes (POA)

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation

Avanceacutee (POA)

Lrsquoindustrialisation intensive qui a vu le jour au cours du dernier siegravecle a causeacute lrsquoapparition dans

lrsquoenvironnement de polluants eacutemergents reacutefractaires qui sont reconnus canceacuterigegravenes et

mutagegravenes Dans lrsquooptique de limiter la pollution de lrsquoenvironnement des strateacutegies de

traitement efficaces et eacutecologiques ont eacuteteacute deacuteveloppeacutees Parmi ces strateacutegies se trouve

lrsquoapplication des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee (POA) Figure 3

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA)

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Il srsquoagit de proceacutedeacutes de traitement oxydatif qui peuvent ecirctre subdiviseacutes en quatre groupes

(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse

utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et reacutepondent aux

critegraveres suivant (Suty et al 2003)

Ne pas induire de pollution secondaire

Non toxique

Non corrosif pour les eacutequipements

Etre le plus rentable possible

Etre relativement le plus simple agrave manipuler

Les OHbull sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse utiliser dans le domaine des

eaux et des effluents industriels avec une vitesse drsquooxydation (109

fois plus eacuteleveacutee) agrave celle de

lrsquoozone et son potentiel drsquooxydation est de 28 VENH (Parsons 2004) Tableau 1

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique

Oxydant Pouvoir oxydant Edeg (VENH)

OHbull 280

Oo 242

O3 207

H2O2 (milieu acide) 178

Cl2 136

O2 123

Plusieurs secteurs ont utiliseacutes ces proceacutedeacutes pour traiter leurs eaux par exemple Parsons (2004)

lrsquoa utiliseacute pour le traitement des eaux de surface et souterraines Martinez-Huitle and Ferro

(2006) lrsquoont utiliseacute pour le traitement des eaux industrielles Hayet (2011) lrsquoa testeacute dans

lrsquoeacutelimination du 4- chloropheacutenol Hsing et al (2007) et Wu and Chang (2006) ont lrsquoutiliseacute pour

deacutecolorer les eaux des industries textiles Bouafia (2010) a utiliseacute le proceacutedeacute drsquooxydation

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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avanceacutee baseacutee sur le reacuteactif de fenton pour deacutegrader les colorants textiles Derradji (2012) a

coupleacute le POA avec un traitement biologique pour le traitement des eaux useacutees industrielles

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

)

Fenton avait deacutecrivit agrave la fin du XIX egraveme

siegravecle que le fer ferreux (Fe2+

) favorisait fortement

lrsquooxydation de lrsquoacide maleacuteique par le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) en milieu acide (Fenton

1894) Des travaux ulteacuterieurs ont montreacute que la combinaison de H2O2 et de Fe2+

nommeacute

laquo Reacuteactif de Fenton raquo eacutetant un oxydant efficace pour une grande varieacuteteacute de substrats

organiques notamment les pheacutenols les pesticides les aromatiques polycycliques et des

colorants en particulier les azoiumlques (Spadaro et al 1994 Benitez et al 2001 De Heredia et

al 2001) Quarante (40) ans plus tard Haber and Weiss (1934) identifiaient le radical

Hydroxyl comme eacutetant lrsquoespegravece oxydante de la reacuteaction preacutesenteacutee ci-dessous et communeacutement

appeleacutee reacuteaction de Fenton

(Eq2)

Le fer ferrique geacuteneacutereacute peut ensuite reacuteagir avec le peroxyde drsquohydrogegravene pour redonner le fer

ferreux

(Eq3)

La vitesse de deacutecomposition de H2O2 par le Fer II augmente lorsque le pH augmente (le 5) car

dans cette gamme de pH la forme preacutedominante Fe(OH) 2+

est beaucoup plus reacuteactive que lrsquoion

Fe2+

(Kuo 1992)

Lrsquoeacutetude de la deacutepollution des effluents textiles coloreacutes par le proceacutedeacute Fenton (systegraveme H2O2

Fe2+

) a eacuteteacute reacuteveacuteleacutee tregraves efficace et plusieurs eacutetudes ont montreacute que le taux de mineacuteralisation des

colorants syntheacutetiques augmente avec lrsquoaugmentation des doses des reacuteactifs et du temps de

reacuteaction Le rapport des reacuteactifs R =

et le rapport

joue aussi un rocircle important

dans la vitesse de deacutegradation de colorants de deacutepart et sur le taux de mineacuteralisation (Kuo

1992)

Le proceacutedeacute Fenton possegravede trois (03) caracteacuteristiques attractives pour le traitement des

composeacutes organiques (Redha 2011)

Les radicaux hydroxyles OHbull produits reacuteagissent tregraves rapidement (10

9 fois plus reacuteactif

que le O3)

Les reacuteactifs sont simples agrave manipuler et sans danger pour lrsquoenvironnement

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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Les produits finaux de deacutegradation (H2O CO2 ions mineacuteraux et hydroxydes ferriques)

nrsquointroduisent pas une pollution suppleacutementaire

Le proceacutedeacute de Fenton est composeacute geacuteneacuteralement de quatre eacutetapes principales ajustement du

pH oxydation neutralisation et coagulationpreacutecipitation Pour lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute la

reacuteaction de fenton ne peut se produire qursquoagrave un pH voisin ou eacutegal agrave 3 ce qui reacutesulte un ajout des

solutions acides Au-delagrave des valeurs de pH comprises entre 3 et 4 le fer (Fe2+

ou Fe3+

) est

susceptible de preacutecipiter et former des hydroxydes de fer induisant ainsi une faible activiteacute

catalytique Le milieu doit ecirctre approvisionneacute drsquoune maniegravere continue Ce qui peut alourdir les

couts de traitement

Le proceacutedeacute Fenton est consideacutereacute aujourdrsquohui comme le proceacutedeacute dont sa mise en œuvre est facile

et plus utiliseacute dans le monde pour le traitement drsquoeffluents industriels textiles mais le proceacutedeacute

est limiteacute par le manque de geacuteneacuteration du catalyseur qui neacutecessite geacuteneacuteralement un apport

constat en reacuteactif et qui contraint de ce fait agrave lrsquoapprovisionner en continu le milieu en peroxyde

drsquohydrogegravene (H2O2) tregraves couteux

III- LA LATERITE

Le Burkina-Faso est un pays de lrsquoAfrique occidentale avec une superficie de 274 000 kmsup2 et le

recouvrement lateacuteritique est un caractegravere dominant des paysages peacuteneacuteplaines ou tabulaires qui

caracteacuterisent sa plus grande partie Les lateacuterites se preacutesentent sous forme de plateaux eacutetendus

buttes teacutemoins cuirasses indureacutes etc Lrsquoeacutepaisseur de ces lateacuterites varie selon la nature des

formations sur lesquelles elles se reposent

La lateacuterite (du latin later brique) est une roche rouge ou brun qui se forme par alteacuteration des

roches sous les climats tropicaux Elle est constitueacutee du fer (Limonite ferrihydrite geothite

heacutematite) drsquoaluminium (Gibbsite cliachite boehmite) de titane de manganegravese et de

silicium On la trouve surtout en domaine intertropical et recouvre 33 des continents

Pour lrsquoeacutetude de la deacutegradation du colorant BM nous avons utiliseacute deux types de lateacuterite

provenant lrsquoune de la reacutegion de Koubri dans le Centre et contenant 314 de fer et lrsquoautre dans

la reacutegion Sud-Ouest du Burkina-Faso contenant 447 pour le traitement (Figure 4) Ces

lateacuterites ont eacuteteacute caracteacuteriseacutees au Laboratoire CRISMAT (Centre National de Recherche et de

Technologie Mateacuteriaux ENSI Caen) en France

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI)

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE

Lrsquoutilisation des substances organiques dans lrsquoindustrie sans traitement est la deacutegradation de la

qualiteacute des eaux qui se reacutepercute sur la santeacute de lrsquoecirctre humain Dans ce chapitre nous allons voir

les produits et mateacuteriels ainsi que la meacutethodologie expeacuterimentale utiliseacutes pour la deacutegradation du

colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute Fenton en phase homogegravene en utilisant le fer

industriel puis le fer extrait de la lateacuterite

Nous preacutesentons en premier lieu la technique du dosage du BM et les reacuteactifs utiliseacutes pour la

deacutegradation de notre colorant Nous eacutevoquons les techniques de caracteacuterisation de la lateacuterite par

diffraction des rayons X et analyse quantitative

I- PRODUITS ET MATERIELS

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite)

Pour lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite nous avons utiliseacute

certains reacuteactifs qui sont illustreacutes dans le tableau 2

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes

Produits Fournisseur Qualiteacute

Bleu de meacutethylegravene Fluka 96

Peroxyde drsquohydrogegravene

(H2O2)

Preacutepareacute par

Laboratoires Gilbert (CA 655-

301-3)

9

Acide sulfurique (H2SO4) Sigma-Aldrich (CA 7664-93-9) 95-97

Sulfate ferreux (FeSO4

7H2O

Fluka Chemika (CA44990) 98

Hydroxyde de Sodium

NaOH

Sigma Aldrich 32

Eau ultra-pure ou Milli-Q Polisseur drsquoeau du LEDES 0055 microScm ou 183

2- Mateacuteriels utiliseacutes

Les mateacuteriels utiliseacutes pour les suivis cineacutetiques de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite sont la spectrophotomeacutetrie DR 5000 la lateacuterite et les trois types drsquoacides

lrsquoacide sulfurique lrsquoacide chlorhydrique lrsquoacide nitrique pour lrsquoextraction du fer de la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM

Les eacutechantillons de lateacuterites utiliseacutees lors de ce travail ont eacuteteacute caracteacuteriseacutes au Laboratoire

CRISMAT (Centre National de Recherche Technologique Mateacuteriaux ENSI Caen) en France Ils

proviennent de deux reacutegions du Burkina-Faso (Dano et Koubri) contiennent respectivement 44

7 et 314 de fer et ont eacuteteacute obtenus par les analyses en diffraction des rayons X (DRX) et en

microscopie eacutelectronique agrave balayage (MEB)

Le principe de lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS

Lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS est une analyse quantitative en des points ou zones speacutecifiques dun

eacutechantillon en utilisant la spectromeacutetrie agrave seacutelection deacutenergie (EDS)

Son principe est que par lintermeacutediaire dun canon agrave eacutelectrons un faisceau deacutelectrons est envoyeacute

sur leacutechantillon En contact avec la matiegravere ces eacutelectrons interagissent de diffeacuterentes faccedilons

Le MEB-EDS du laboratoire va permettre dexploiter trois informations distinctes dont deux qui

vont ecirctre traduites en images

-Une image en eacutelectrons secondaires (SE) qui naicirct dune interaction entre les eacutelectrons du

faisceau et les eacutelectrons des couches eacutelectroniques de latome et qui nous donnera une

information topographique de leacutechantillon

- Une image en eacutelectrons reacutetrodiffuseacutes (BSE) qui reacutesulte de linteraction entre les eacutelectrons du

faisceau le noyau et le nuage eacutelectronique de latome et qui permettra de creacuteer une image par

contraste chimique

- Une troisiegraveme information que lon obtient est une analyse eacuteleacutementaire le microscope

eacutelectronique agrave balayage eacutetant coupleacute agrave un deacutetecteur de rayons X agrave dispersion deacutenergie

Le principe de lrsquoanalyse par Diffraction Rayon X (DRX)

La diffraction des rayons X est une technique danalyse fondeacutee comme son nom lrsquoindique sur la

diffraction des rayons X sur la matiegravere La diffraction des rayons X est un pheacutenomegravene

dinterfeacuterence constructive qui se produit quand un faisceau de rayons X (onde

eacutelectromagneacutetique) peacutenegravetre dans un cristal (empilement peacuteriodique datomes) Il peut donc

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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apparaitre quand on place un monocristal un poly-cristal ou une poudre devant une source de

rayons X Lemplacement des faisceaux diffracteacutes nous informe sur la peacuteriodiciteacute du (des) cristal

tandis que lintensiteacute de ces faisceaux nous informe sur la nature et la position des atomes

contenus dans le cristal La position des intensiteacutes diffracteacutees nous renseignera sur la taille de la

maille tandis que lintensiteacute nous permettra de calculer la position des atomes dans la maille

ainsi que leur nature Les proprieacuteteacutes chimiques ou physiques dun mateacuteriau deacutependent de la

position et la nature des atomes du cristal

Les caracteacuteristiques du diffractomegravetre des eacutechantillons de la poudre de lateacuterite analyseacutee sur un

diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 eacutequipeacute drsquoun monochromateur avant et drsquoun deacutetecteur Lynx-

Eye sont rassembleacutees dans le tableau et figures ci-dessous

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Position initiale [deg2Th] 10 0050

Position finale [deg2Th] 99 9910

Taille [deg2Th] 00110

Temps drsquoeacutetape de balayage [s] 1170

Fente de divergence Fixed

Fente de divergence [mm] 2

Tempeacuterature de mesure [degC] 21

Mateacuteriel drsquoanode Cu

K Alpha 1 [Aring] 154060

Geacuteneacuterateur 40 mA 40 kV

Monochromateur de rayon incident Oui

Rotation Non

Ouverture de deacutetecteur [deg] 35

Deacutetecteur de discrimination LL [V] 017

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Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri

Les diffeacuterentes phases des eacutechantillons de lateacuterites par lrsquoanalyse en diffraction RX sont

reacutecapituleacutees sur ce tableau

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

Phase Koubri Dano

-massique -massique

Phase majoritaire Kaolinite 333 36

Quartz 326 161

Deuxiegraveme sous-ensemble de phase Goethite FeO(OH) 211 352

Heacutematite Fe2O3 73 63

Ferrite

(fer-alpha)

3 32

Phase anatase TiO2 27

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II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene

La solution megravere du BM de concentration 1 g L-1

a eacuteteacute preacutepareacutee en mettant les cristaux dans un

litre drsquoeau distilleacutee Les solutions standard pour lrsquoeacutetablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage ont

eacuteteacute obtenues par des dilutions successives jusqursquoaux concentrations deacutesireacutees

Le suivi de lrsquoeacutevolution de la concentration du BM au cours du temps est fait par

spectrophotomeacutetrie UVVisible

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible

La spectrophotomeacutetrie est une technique analytique quantitative qui consiste agrave mesurer

lrsquoabsorbance ou la densiteacute optique drsquoune substance chimique donneacutee en solution La meacutethode

repose sur la loi de Beer-Lambert qui eacutenonce

Lorsqursquoune substance absorbe de la lumiegravere dans le domaine de lrsquoultra-violet et du

visible lrsquoeacutenergie absorbeacutee provoque des perturbations dans la structure eacutelectronique des

atomes ions ou moleacutecules Un ou plusieurs eacutelectrons utilisent cette eacutenergie pour sauter

drsquoun niveau de basse eacutenergie agrave un niveau de plus haute eacutenergie Ces transitions

eacutelectroniques se font dans le domaine de 350 agrave 800nm pour le visible et entre 200 agrave 350

nm pour lrsquoultra-violet

Un milieu homogegravene traverseacute par la lumiegravere absorbe une partie de celle-ci les

diffeacuterentes radiations constituant le faisceau incident sont diffeacuteremment absorbeacutees

suivant leur longueur drsquoonde et les radiations transmisses sont alors caracteacuteristiques du

milieu

Soit un rayon lumineux monochromatique de longueur drsquoonde λ traversant un milieu

homogegravene drsquoeacutepaisseur l Le taux de deacutecroissance de lrsquointensiteacute lumineuse en fonction de

lrsquoeacutepaisseur du milieu absorbant est donneacute par la loi de Lambert

A= log (

) (Eq4)

Avec

I0 intensiteacute initiale de la lumiegravere traverseacutee

I intensiteacute de la lumiegravere transmise

A absorbance

La spectrophotomeacutetrie UVVisible permet de suivre la deacutecoloration des solutions gracircce aux

absorbances qui eacutevoluent en fonction du temps de traitement Elle permet eacutegalement de suivre

lrsquoeacutevolution des ions gracircce agrave leurs diffeacuterents dosages

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM

a- Deacutetermination des longueurs drsquoondes drsquoabsorption maximale

Le spectre drsquoabsorbance du BM a eacuteteacute balayeacute entre 200 et 800 nm afin de suivre quantitativement

sa concentration Les pics de notre colorant sont obtenus agrave 661nm et 291nm (fig 8) Les

diffeacuterentes absorbances ont eacuteteacute deacutetermineacutees et une courbe deacutetalonnage a eacuteteacute traceacutee en utilisant

des solutions standard variant de 0 agrave 8 mg L-1

pour les deux longueurs drsquoondes

Figure 8 Spectre du Bleu de meacutethylegravene

b- Etablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage du BM

La concentration [Fx] des solutions eacutetalon varie de 1 agrave 8 mg L-1

Les volumes agrave preacutelever sont

calculeacutes en appliquant lrsquoeacutequation suivante

(Eq5)

Avec [Fx] - Concentration de lrsquoeacutetalon

Vx - Volume drsquoeacutetalon agrave preacuteparer

[M] - Concentration de la solution megravere

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene

Solution Zero 1 2 3 4 5

Concentration [mgL-1] 0 2 3 4 6 8

Volume neacutecessaire [mL] 0 02 03 04 06 08

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour tracer la courbe drsquoeacutetalonnage nous avons introduit les diffeacuterents volumes dans des fioles de

100 mL ensuite nous avons compleacuteteacute agrave lrsquoeau distilleacutee jusqursquoau trait de jauge On a mis la

spectrophotomeacutetrie en marche et proceacutedeacute agrave la lecture du blanc puis successivement des solutions

eacutetalons

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm)

Solution 0 1 2 3 4 5

Con (mg L-1

) 0 2 3 4 6 8

Absorbance (nm) pour λ = 661 0 085 13 18 23 3

Absorbance (nm) pour λ = 291 0 04 06 09 12 17

Figure 9 Courbe deacutetalonnage (λmax = 661 nm et λmax = 291 nm) variation de labsorbance en

fonction de la concentration du BM

4- Preacuteparation des solutions de fer

a- Solution de fer industriel

Le reacuteactif utiliseacute est le sulfate ferreux ou sulfate de fer (II) drsquoune poudre blanchacirctre agrave lrsquoeacutetat

anhydre dont la formule est FeSO4 7H2O Pour la preacuteparation du Fe2+

de concentration 3 g L-1

nous avons verseacute 3 g du sulfate ferreux anhydre dans une fiole de 1 L contenant 500 mL drsquoeau

milli-Q puis ajouter une (1) goutte drsquoacide sulfurique (H2SO4) concentreacute agrave 98 dans la fiole et

laisser agiter pendant 30 secondes Apregraves compleacuteter jusqursquoau trait de jauge et placer sous

agitation durant 1 h jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune solution de couleur rouge brique

b- Solution de fer de la lateacuterite

Pour la deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite les solutions de la lateacuterite

ont eacuteteacute preacutepareacutees de la maniegravere suivante

Pour le lit de lateacuterite nous avons preacuteleveacute

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

Compleacuteter drsquoeau milli-Q (eau ultra pure) jusqursquoau trait de jauge

y = 03938x

Rsup2 = 09869

0

05

1

15

2

25

3

35

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

661nm

y = 02094x

Rsup2 = 09972

0

02

04

06

08

1

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

291 nm

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Ajuster par la suite le pH de la solution agrave 3 avec lrsquoacide sulfurique (concentreacute agrave

95-97)

Figure 8 Lit de lateacuterite

Pour la lateacuterite attaqueacute par de lrsquoacide concentreacute pour lrsquoextraction du Fer

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

30 m L drsquoacide (HClHNO3H2SO4)

Ajouter avec prudence 20 mL drsquoeau milli-Q pour avoir 50 mL de solution

Preacutelever le surnageant pour le traitement du bleu de meacutethylegravene

Figure 9 Attaque acide de la lateacuterite

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton

Lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM srsquoest faite par trois diffeacuterentes eacutetapes

Une solution du BM est soumise agrave un traitement par proceacutedeacute Fenton en utilisant du H2O2

et le fer industriel (Fe2+

) ajustement du pH agrave 3 (Fig12)

Figure 10 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel

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Pour la deacutegradation du BM en utilisant la lateacuterite deux eacutetapes ont eacuteteacute imageacutes lrsquoune par

un lit de lateacuterite et lrsquoautre par la lateacuterite attaqueacutee par trois types drsquoacides (Fig13)

Figure 11 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM

Nous avons deacutetermineacute la cineacutetique de deacutecoloration agrave partir des valeurs des absorbances trouveacutees

agrave 661nm La deacutetermination de la constante de vitesse kapp permet de donner un ordre de

grandeur de la vitesse Expeacuterimentalement on peut montrer que la vitesse de reacuteaction bilan du

BM srsquoeacutecrit de la maniegravere suivante

Bleu de meacutethylegravene + OHbull rarr sous-produit du bleu de meacutethylegravene (Eq6)

Pour la cineacutetique drsquoordre 1

V = -

= kapp (Eq7) reacuteaction de pseudo ordre un laquo1 raquo

Avec

V vitesse de deacutegradation catalytique (mg L-1

h-1

)

kapp constante apparente de deacutegradation (min ou h-1

)

[BM] concentration du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

t temps de reacuteaction (h)

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

Ln (

) = kapp t (Eq8)

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Figure 12 Reacuteaction de pseudo ordre 1

Pour la cineacutetique drsquoordre 2

V = -

= kapp (Eq9) reacuteaction de pseudo ordre un laquo2 raquo

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

int

= - int

(Eq10)

(Eq11)

Figure 13 Reacuteaction de pseudo ordre 2

Pour le calcul des rendements ou taux drsquoabattement (τ) agrave lrsquoissu des eacutetudes cineacutetiques de

deacutegradation du BM nous avons utiliseacute cette formule ci-dessous

τ =

(Eq12)

Rsup2 = 09863

-070

-060

-050

-040

-030

-020

-010

000

0 2 4 6 8

ln (C

Co)

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 1

Rsup2 = 09499

0

0005

001

0015

002

0025

003

0 2 4 6 8

1C

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 2

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CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL

Tous les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes agrave tempeacuterature ambiante (25degC) Les concentrations du bleu de

meacutethylegravene choisies pour lrsquoexpeacuterience sont 10 et 40 mg L-1

1- Effet de pH du milieu

Etant donneacute que le proceacutedeacute Fenton est baseacute sur lrsquoeffet catalytique du Fer et plus preacuteciseacutement

du Fe2+

il nous est paru neacutecessaire de commencer lrsquoeacutetude par la deacutetermination du pH

optimale pour le proceacutedeacute Lrsquoajustement du pH du milieu srsquoeffectue agrave lrsquoaide drsquoune solution

drsquoacide sulfurique Ce choix est justifieacute par lrsquoexistence deacutejagrave au sein de la solution des ions

2-

suite agrave lrsquoaddition du Fe2+

sous la forme de FeSO4 7H2O

Les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes avec une concentration en BM de 20 mg L-1

un rapport R = 15

correspondant agrave des concentrations de 6 et 040 mg L-1

en H2O2 et Fe2+

respectivement et

pour des valeurs de pH variant entre 3 et 5 Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacute sur figure 16

Figure 14 Effet du pH

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t = 20

min)

pH Rendement ()

3 96

35 5245

4 6156

5 5509

000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 5 10 15 20

[BM

] m

gL

ˉˡ

temps de deacutegradation (mn)

pH = 3

pH = 35

pH = 4

pH = 5

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Drsquoapregraves le tableau preacutecegravedent nous observons que le pH favorable pour la deacutegradation du BM

par le proceacutedeacute Fenton est pH = 3 avec un taux de deacutegradation de 96 au bout de 20 min

De nombreux travaux sur les proceacutedeacutes Fenton ont montreacute que le pH 3 semble ecirctre la meilleure

valeur pour une deacutegradation optimale des polluants organique ((Tang and Huang 1996 Kuo

and Lo 1999) Pour la suite du travail nous adopterons deacutesormais cette valeur de pH

2- Effet de la concentration en BM

Nous avons traiteacute agrave un pH = 3 et agrave 25degC deux solutions du BM de concentration diffeacuterentes

(10 mg L-1

et 40 mg L-1

) en fixant les concentrations de Fe2+

agrave 134 mg L-1

et celle du H2O2 agrave

6 mg L-1

(figure 17)

Figure 15Effet de la concentration du BM

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM

[BM] mg L-1

Rendement () Temps de

deacutecoloration (min)

10 9738 8

40 9565 14

Nous avons constateacute que la concentration du BM de concentration 10 mg L-1

srsquoest deacutegradeacutee

rapidement et complegravetement avec un temps de deacutecoloration (td) de 8 min tandis que celle de

40 mg L-1

est plus lente avec un td de 14 min Donc plus la solution est concentreacutee plus le

temps de deacutegradation est important

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La cineacutetique de deacutecoloration du colorant BM de concentrations respectives de 10 et

40 mg L-1

obeacuteit agrave la loi cineacutetique de pseudo premier

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM

Solution kapp

BM = 10 mg L-1

028

BM = 40 mg L-1

010

La deacutetermination de la constante apparente de vitesse montre eacutegalement que cette derniegravere

varie en fonction de la concentration en BM En effet la valeur de kapp est deux fois plus

supeacuterieure pour une concentration en BM de 10 mg L-1

que pour celle de 40 mg L-1

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene

Figure 16 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel

Une solution du bleu de meacutethylegravene de concentration 40 mg L-1

est soumise agrave un traitement par

proceacutedeacute Fenton en utilisant 6 mg L-1

de H2O2 et le fer industriel agrave une concentration de 134

mg L-1

Des preacutelegravevements ont eacuteteacute effectueacutes agrave des intervalles reacuteguliers de temps afin de suivre

lrsquoeacutevolution de la deacutegradation par Spectrophotomeacutetrie Lrsquoanalyse spectromeacutetrique des

eacutechantillons est effectueacutee par un balayage du spectre UV-Visible entre 200 et 800 nm (figure

18)

Nous remarquons que plus le temps de traitement est important plus le pic drsquoabsorbance dans

le visible agrave 661 diminue drsquointensiteacute pour srsquoannuler complegravetement agrave partir du 30 min Par

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contre le pic dans le domaine UV agrave 291 il diminue certes drsquointensiteacute mais ne srsquoannule pas

mecircme apregraves 45 min de traitement

Ce reacutesultat nous permet de conclure que le proceacutedeacute Fenton permet une deacutegradation partielle

de la moleacutecule du BM au bout de notre temps de reacuteaction Drsquoapregraves Cao et al (1999) les pics

appartenant aux domaine drsquoUV entre 200 et 260 sont relatives au cycle benzegravene mono ou

poly substitueacute Ceci revient agrave dire que la deacutegradation du BM passe par deux eacutetapes

Deacutegradation du groupement fonctionnel de la moleacutecule du BM (λ = 661 nm) crsquoest agrave

dire que la rupture de lrsquoheacuteteacuterocycle central entraine la perte des conjugaisons des deux

lateacuteraux ce qui explique la deacutecoloration plus ou moins rapide de la solution

La deacutegradation des cycles benzegravene persistant en solution est beaucoup plus lente

puisque lrsquointensiteacute de ce pic (λ = 291 nm) diminue mais ne srsquoannule pas alors que la

solution est claire On peut dire eacutegalement que cette deacutegradation des cycles benzegravene

persistants est due au temps de reacuteaction trop court

4- Effet de la concentration du H2O2

a) En Absence de Fer

En utilisant deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

nous

avons varieacute les concentrations du H2O2 de 1 agrave 6 mg L-1

en absence du fer agrave un pH = 3 et agrave

tempeacuterature ambiante Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacutes sur la figure ci-dessous

Figure 19 Deacutegradation du BM par H2O2 seul

Quel que soit la concentration du BM 10 mg L-1

ou 40 mg L-1

lrsquoeffet du H2O2 sur la

deacutegradation du colorant est pratiquement nulle En effet apregraves un temps arbitraire de 20 min

de traitement on remarque un taux drsquoabattement de 17 pour la concentration en BM de 10

mg L-1

alors qursquoil est nul pour une concentration initiale de 40 mg L-1

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Il est donc clair que le pouvoir oxydant du H2O2 nrsquoest pas assez suffisant pour pouvoir

deacutegrader le BM En effet le H2O2 agrave un pouvoir oxydant de Edeg = 176 VENH par contre

celui drsquoOHbull est de 28 VENH

La mecircme conclusion a eacuteteacute observeacute par Naima (2008) sur lrsquoutilisation du H2O2 seul dans le

traitement des huiles drsquoolive (margines) Le reacutesultat a donneacute que le H2O2 seul pour des valeurs

de concentrations 3 et 20 g L-1

ne peut eacuteliminer totalement la margine de lrsquoeffluents drsquohuilerie

drsquoolive de concentration initiale de 1 g L-1

la moyenne de taux drsquoabattement obtenue ne

deacutepasse pas la valeur de 32 Yameogo (2013) a remarqueacute eacutegalement que lrsquoutilisation du

H2O2 seul nrsquoa eu aucune influence sur la deacutegradation de lrsquoamarante par proceacutedeacute photo-fenton

et heacuteteacuterogegravene avec charbon actif la concentration nrsquoa pas varieacute tout au long du traitement

b) En preacutesence du Fer

Lrsquoefficaciteacute du traitement est donc tributaire de lrsquoexistence de deux entiteacutes H2O2 et Fe2+

En

effet Bach et al (2010) ont utiliseacute le Fe2+

pour traiter lrsquoeau industrielle ils ont trouveacute que le

fer a permis de mineacuteraliser 95 drsquoeacutethylegravene-glycol et 85 de pheacutenol dans une eau industrielle

par proceacutedeacute Fenton Marciel et al (2004) ont remarqueacute que lrsquoapport de sulfate ferreux a

ameacutelioreacute la reacuteduction du COT de 45 agrave 55 lors drsquoune eacutetude drsquooxydation drsquoune solution

pheacutenolique par le proceacutedeacute photo-fenton

Pour la suite Nous avons maintenu la mecircme variation des concentrations en H2O2 (de 1 agrave 6

mg L-1

) mais en additionnant le fer industriel (sulfate ferreux) avec une concentration de 134

mg L-1

pour deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

agrave

tempeacuterature ambiante et agrave un pH eacutegale agrave 3 Ceci revient qursquoen solution le rapport R =

varie de 075 15 25 5 (Figure 20)

Figure 17 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

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Quel que soit la concentration initiale en BM ou en H2O2 lrsquoaddition du fer a entraineacute

lrsquoapparition de la deacutegradation graduelle de la coloration

Plus la concentration en H2O2 est importante plus la vitesse de deacutegradation augmente

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

[BM] mg L-1

10 40

Variation de H2O2 Rendement () Rendement ()

1 6730 5508

2 8522 7029

3 9769 9632

6 9954 9860

La figure 20 montre que taux de deacutecoloration en preacutesence du catalyseur devient plus

important avec lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 Il passe apregraves 60 min de

traitement de 6730 pour une concentration en H2O2 de 1 mg L-1

agrave 9954 pour celle de 6

mg L-1

Ceci est parfaitement preacutevisible puisque lrsquoexistence de lrsquoHydroxyde radicalaire principale

responsable de la deacutegradation est tributaire de la concentration initial en H2O2 (Eq2 sect 11)

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence de

la variation du H2O2

[BM] = 10 mg L-1

[BM] = 40 mg L-1

Ordre de la

reacuteaction k k

075 00036 00005 Ordre 2

15 00092 00007

25 0067 0065 Ordre 1

5 02879 0103

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Nous remarquons que lorsque la concentration en H2O2 augmente lrsquoordre partiel de la reacuteaction

change En effet pour des concentrations en H2O2 lt 3 mg L-1

la reacuteaction de deacutegradation est de

lrsquoordre 2 alors que pour des concentrations plus eacuteleveacutees elle est drsquoordre 1

Nadjette (2009) a montreacute que la deacutegradation du Meacutethyle Orange en preacutesence de dioxyde de

titane (TiO2) suit une cineacutetique drsquoordre 1 Redha (2011) a trouveacute eacutegalement lrsquoordre partiel de

la reacuteaction est eacutegal agrave 1 lors de son eacutetude sur le traitement du Rouge drsquoalizarine S et lrsquoOrange

G par proceacutedeacute drsquooxydation avanceacutee (POA)

Bennani et al (2010) ont eacutelimineacute le bleu de meacutethylegravene en solution aqueuse par lrsquoargile de Safi

(Maroc) Les reacutesultats ont montreacute que le pseudo-second ordre peut deacutecrire le comportement

cineacutetique de lrsquoadsorption du bleu de meacutethylegravene sur lrsquoargile brute et celle purifieacutee Des reacutesultats

similaires ont eacuteteacute observeacutes Gurses et al (2006) et Tsai et al (2007)

Les valeurs de kapp obtenus pour une solution de concentration initiale en BM de 10 mg L-1

sont supeacuterieures agrave celles obtenues pour la solution de 40 mg L-1

et ce lagrave quel que soit lrsquoordre

de la reacuteaction ou la concentration en H2O2 en solution Ces valeurs augmentent avec

lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 et passe de 36 10-3

agrave 02879 et de 05 10-3

agrave 0103

pour une les solutions en BM de 10 et 40 mg L-1

respectivement

5- Effet de la concentration en fer

Pour la suite nous eacutetudierons lrsquoeffet de la concentration en Fer sur lrsquoefficaciteacute du traitement

du BM pour deux solutions de concentration 10 et 40 mg L-1

en BM Les essais ont eacuteteacute

reacutealiseacutes en maintenant constante la concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

et en faisant varieacute la

concentration en Fe2+

de 02 agrave 134 mg L-1

correspondant agrave une variation du rapport R =

de 5 agrave 30

Figure 18 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM

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En absence de fer aucune baisse dans la concentration en BM nrsquoest observeacutee Pourtant degraves

lrsquoajout drsquoune faible concentration (02 mg L-1

) entraine une diminution progressive de la

couleur au cours du temps Il est eacutegalement observeacute que quel que soit la concentration initiale

en BM le temps de deacutegradation (td) du colorant est inversement proportionnel agrave la

concentration en Fe2+

en solution En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

td

passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 alors que pour une concentration

de 40 mg L-1

il passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig22)

Figure 19 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer industriel

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction du rapport R

[BM] = 10 mg L

-1 [BM] = 40 mg L

-1

kapp kapp

OR

DR

E

1

par

rapport

agrave B

M 30 00027 00125

15 00061 00321

10 0026 00496

5 02879 0103

Nous remarquons que lrsquoeffet de lrsquoaugmentation de la concentration en Fe2+

en solution sur la

cineacutetique de deacutegradation du BM est beaucoup plus important pour des faibles concentrations

(10 mg L-1

) que pour les fortes concentrations (40 mg L-1

) En effet pour une variation de R de

30 agrave 10 kapp eacutevolue de 27 10-4

min agrave 26 10-2

min soit un facteur 100 pour une concentration

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en BM de 10 mg L-1

alors qursquoelle eacutevolue de 00125 agrave 005 soit un facteur 4 pour une

concentration en BM de 40 mg L-1

Drsquoapregraves ces reacutesultats on peut conclure drsquoune faccedilon geacuteneacuterale que la preacutesence drsquoune forte

concentration du catalyseur favorise la formation des radicaux OHbull principaux responsable de

la deacutegradation du BM Pourtant il a eacuteteacute montreacute dans plusieurs eacutetudes (Brillas et al 2004

Diagne 2006 Oturan et al 1999) que le Fe2+

ajouteacute agrave forte dose entraine une perte du

rendement du proceacutedeacute puisque le Fe2+

en plus de son rocircle de catalyseur peut jouer un rocircle de

destructeur crsquoest-agrave-dire qursquoil piegravege les OHbull produits

Lrsquoeacutelimination des polluants reacutefractaires est donc tributaire de la preacutesence des ions meacutetallique

sauf qursquoil neacutecessite un apport important en Fe2+

ce qui entraine un coucirct (Bouafia 2010)

Crsquoest pour cette raison que nous avons opteacute pour lrsquoutilisation de la lateacuterite en faisant une

attaque acide afin drsquoextraire le fer pour traiter le BM

II- UTILISATION DE LATERITE

Les eacutechantillons de la lateacuterite choisie se preacutesentent tous sous forme de poudres de couleur

ocre Lrsquoapplication drsquoun proceacutedeacute qui neacutecessite des quantiteacutes preacutecis de fer est un peu difficile

pour un pays dont le taux drsquoalphabeacutetisation est seulement de 218 et un seuil de pauvreteacute

(PIB par habitant est eacutegal agrave 1500 $) En effet lrsquoajout drsquoune forte concentration du catalyseur

dans la solution agrave traiter peut diminuer lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute Fenton Lrsquoanalyse DRX a

montreacute que la lateacuterite existante au Burkina-Faso est riche en fer En effet pour la reacutegion de

Dano le pourcentage en fer atteint 44 en masse alors que pour Koubri il est de 31

La premiegravere question auquel on srsquoeacutetait poseacute est si le fer eacutetait facilement ex tractable ou bien il

neacutecessite une mineacuteralisation preacutealable

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

La figure ci-dessous montre lrsquoallure de lrsquoeffet de lit de lateacuterite de Dano drsquoune part et celui de

Koubri drsquoautre avec ajustement de pH dans une solution du BM de concentration 40 mg L-1

en maintenant ma concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 20 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

Nous observons que la solution du BM en contact avec le lit de Dano se deacutegrade plus vite que

celle en contact avec le lit de lateacuterite de Koubri Cela est ducirc au fait que la lateacuterite de Dano

libegravere plus facilement sa phase ferrique par rapport agrave celle de Koubri

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri)

Dans ce cadre nous avons compareacute lrsquoeffet drsquoun lit de lateacuterite (ajustement du pH) et une lateacuterite

attaqueacutee avec du H2SO4 sur une solution du BM agrave 40 mg L-1

La concentration en H2O2 eacutetant

maintenue agrave 6 mg L-1

(figure 24)

Figure 21 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri

La figure 24 montre que la quantiteacute de colorant deacutegradeacutee deacutecroit plus rapidement dans le cas

de lrsquoattaque acide Ce comportement est ducirc qursquoelle libegravere plus de Fe2+

en solution Le Fe2+

en

contact avec le H2O2 forme les radicaux hydroxyles (OHbull) pour le traitement des polluants

organiques par le proceacutedeacute Fenton

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

[BM] mg

L-1

Dano Koubri

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Rendement

()

4394 9991 364 9685

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Le taux drsquoabattement du BM par lrsquoattaque acide sur la lateacuterite de Dano est de 9991 apregraves

un temps de manipulation de 5 heures alors que celui du lit de lateacuterite (ajustement du pH) est

de 4394 pour le mecircme intervalle de temps

Cette diffeacuterence de rendement entre les lits de deux lateacuterites (Dano 4394 et Koubri

364) est due que la lateacuterite de Dano libegravere plus facilement sa phase ferrique que celle de

Koubri Etant donneacute que les phases ferriques sont les mecircmes pour les deux lateacuterites on

pourrait conclure que la diffeacuterence provient aussi du fait que la lateacuterite de Dano est beaucoup

plus riche en fer Ce qui facilite son extraction et que pour Koubri la phase Anastase en TiO2

pourrait gecircner son extraction

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et

Koubri)

Nous avons compareacute lrsquoefficaciteacute de 3 acides (sulfurique laquoH2SO4raquo chlorhydrique laquoHCl raquo et

nitrique laquoHNO3raquo) pour lrsquoextraction du fer des lateacuterites La concentration de la solution du

BM utiliseacutee est de 40 mg L-1

la concentration en H2O2 est toujours maintenue agrave 6 mg L-1

Figure 22 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri

La figure 25 montre que la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est la plus efficace pour la

deacutecoloration de la solution En effet Pour la lateacuterite de Dano le td est de 40 mn pour le H2SO4

et drsquoune heure (1h) et 1h30 pour le HNO3 et le HCl respectivement Pour celle de Koubri le

td de la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est drsquoune heure (1h) tandis que pour des deux autres

acides HCl et HNO3 les td sont respectivement de deux (2h) et quatre heure (4h)

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri

[BM] mg L-1

Dano Koubri

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Rendement () 9991 9890 9797 9685 9593 9223

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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On peut deacuteduire que lrsquoefficaciteacute de lrsquoattaque acide par le H2SO4 utiliseacute pour extraire le fer de

la lateacuterite est due au caractegravere diacide (H2SO4)

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri)

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig26)

Figure 23 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer extrait de la lateacuterite

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction des attaques acides (Dano et Koubri)

Attaque acide Dano Koubri

kapp

OR

DR

E 1 par

rapport

agrave B

M

HCl 00127 00094

HNO3 00131 00096

H2SO4 00142 00194

Nous remarquons que lrsquoutilisation de la lateacuterite de Dano ne change pas lrsquoordre apparent de la

vitesse de deacutegradation qui reste eacutegale 1 La valeur de kapp varie de 127 10-2

min-1

pour HCl et

142 10-2

min pour H2SO4 ce qui confirme bien le reacutesultat obtenu pour la figure 19

Pour la lateacuterite de Koubri la valeur de kapp varie de 910-3

min-1

pour HCl et 194 10-2

min-1

pour H2SO4

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer

de la lateacuterite (Dano et Koubri)

Sur la figure 27 nous avons superposeacute les reacutesultats obtenus pour la deacutegradation drsquoune solution

de 40 mg L-1

du BM en preacutesence de 6 mg L-1

de H2O2 avec lrsquoajout de Fer extrait de la lateacuterite

de Dano et Koubri drsquoune part et le fer industriel drsquoautre part

Figure 24 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel

Il est montreacute que le taux de deacutegradation obtenu est perceptiblement le mecircme seule reste un

handicap le temps de traitement 20 min pour le fer industriel 40 min pour le fer extrait de la

lateacuterite de Dano et 1h pour celui de Koubri

Le traitement par la lateacuterite de Dano est efficace et preacutesente donc un avantage certains

puisqursquoil permet de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du BM par rapport agrave celui par la lateacuterite de

Koubri qui deacutegrade seulement que 9796

Beaucoup drsquoeacutetudes ont eacuteteacute faites sur lrsquoeacutelimination du bleu de meacutethylegravene En utilisant le

charbon actif commercial CECA40 de granulomeacutetrie infeacuterieure agrave 125 μm Houas et al (1999)

ont eacutelimineacute 93 du BM dans lrsquoeau pour un temps de contact de 5heures Kumar and

Tamilarasan (2013) ont utiliseacute 01g de charbon actif agrave base des graines drsquoacacia pour eacuteliminer

9312 de BM Bennani et al (2010) ont eacutetudieacute lrsquoadsorption BM sur lrsquoargile brute et

purifieacutee Ils ont montreacute que le processus drsquoadsorption est tregraves rapide et que 95 de la quantiteacute

adsorbeacutee est atteinte pendant les dix premiegraveres minutes Talidi (2006) a utiliseacute la pyrophyllite

(argile) il a montreacute que lrsquoadsorption du BM est de lrsquoordre de 7845 6658 et 5471

respectivement pour les concentrations initiales de 75 225 et 374ppm Sassi and Bennour

(2011) ont utiliseacute le traitement biologique par Biosorption du BM par Pseudomonas

Aeruginosa isoleacute agrave partir drsquoune boue de laiterie a montreacute un taux drsquoeacutelimination du BM variant

de 45 agrave 55 aux valeurs de pH = 7 et 8

Nous pouvons dire que le traitement par la lateacuterite a permis de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du

BM par rapport aux eacutetudes faites en utilisant drsquoautres mateacuteriaux et que la lateacuterite recouvre

000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 100 200 300

[BM

] mg

Lˉˡ

temps de traitement (mn)

Attaque acide

(Dano)

Attaque acide

(Koubri)

Fer industriel

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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33 du continent mondial ce qui pourrait rendre son utilisation moins chegravere par rapport aux

autres traitements (Fer industriel Charbon actifhellip) puis qursquoon nrsquoa pas fait une eacutetude

eacuteconomique pour voir son cout

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CONCLUSION

Ce travail qui a porteacute sur la deacutegradation du colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute

Fenton en comparant les performances obtenues entre lrsquoutilisation du fer industriel (Fenton

classique) et le fer extrait de la lateacuterite ont montreacute que

Pour lrsquoutilisation du fer industriel la deacutegradation du BM est obtenue agrave une valeur de 3 pour

une variation du rapport des concentrations R de 15 agrave 5 et que lrsquoutilisation du peroxyde (H2O2)

seul ne peut pas deacutegrader le BM car son pouvoir oxydant nrsquoest pas assez suffisant pour

pouvoir deacutegrader le colorant Lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute est donc intimement lieacutee agrave lrsquoexistence de

deux reacuteactifs En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

le temps de deacutecoloration

(td) passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 et pour celle de 40 mg L-1

il

passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R Le traitement du BM par proceacutedeacute

fenton est donc tributaire de lrsquoutilisation de Fe2+

Afin de minimiser le coucirct du traitement et surtout voir lrsquoefficaciteacute du traitement en utilisant la

lateacuterite nous avons essayeacute de remplacer le fer industriel par le fer extrait de la lateacuterite

provenant de deux reacutegions du Burkina-Faso Dano et Koubri

Les reacutesultats obtenus par lrsquoutilisation du fer de la lateacuterite sont inteacuteressants pour des eacutetudes sur

drsquoautres colorants En effet le lit de lateacuterite avec ajustement du pH a permis une deacutegradation du

colorant de 44 pour un temps de traitement de 5h tandis que le traitement par lrsquoattaque acide

lui a deacutegradeacute le BM de pregraves que 100 En effet les taux drsquoabattements pour lrsquoattaque acide de

la lateacuterite de Dano et de Koubri sont respectivement de 99 au bout de 40 min et de 97 pour

une manipulation drsquoenviron 1 h

Cette eacutetude sur la deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en utilisation le fer de la lateacuterite

nous a permis de montrer qursquoil est possible de simplifier de point de vue utilisation et coucirct le

proceacutedeacute Fenton pour les colorants syntheacutetiques drsquoeffluents industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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PERSPECTIVES

En perspectives il serait inteacuteressant

De faire une eacutetude approfondi pour voir le cout du traitement du proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite

Essayer de traiter drsquoautres familles de colorants en utilisant la lateacuterite attaqueacutee par

lrsquoacide pour voir lrsquoefficaciteacute du systegraveme

Appliquer le traitement sur des effluents textiles reacuteels

Imaginer un systegraveme de traitement agrave grand eacutechelle

Essayer le traitement sur drsquoautres polluants reacutecalcitrant PCB pheacutenol pesticides

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Page 13: Dégradation des effluents textiles (cas d’un colorant

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page 2

Pour reacutepondre agrave cette faille de nouveaux proceacutedeacutes ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes dont les proceacutedeacutes

drsquooxydation avanceacute (POA) qui sont des proceacutedeacutes de traitement oxydatif subdiviseacutes en quatre

groupes(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon

puisse utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et son

potentiel normal drsquooxydoreacuteduction est de 28VENH (Parsons 2004)

Le proceacutedeacute fenton un des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee est une technologie eacuteprouveacutee et

efficace pour la destruction drsquoun grand nombre de polluant organique Cette technique

consiste agrave initier des reacuteactions de deacutecomposition du peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) par des

sels meacutetalliques en vue de geacuteneacuterer des espegraveces radicalaires (OHbull HO2

bull etc) tregraves reacuteactives

Son inconveacutenient majeur est qursquoil neacutecessite une grande quantiteacute de produits chimiques en

phase homogegravene tels que le fer (Fe2+

) qui geacutenegravere un cout suppleacutementaire et conduit agrave la

geacuteneacuteration de grandes quantiteacutes de boues ou agrave la formation de deacuteriveacutes pour le traitement

Lrsquoobjectif de cet meacutemoire est drsquoeacutetudier la deacutegradation du bleu de meacutethylegravene modegravele de

colorant syntheacutetique textile par le proceacutedeacute fenton en remplaccedilant le fer industriel (Fe3+

Fe2+

)

par le fer extrait de la lateacuterite locale en vue de reacuteduire le cout des traitements des effluents

textiles Si cette expeacuterience au laboratoire donne des reacutesultats satisfaisants elle pourrait ecirctre

extrapoleacutee agrave grande eacutechelle et ecirctre une des solutions pour le traitement de rejets textiles par

des mateacuteriaux locaux en Afrique puisque la lateacuterite recouvre environ 33 de continent

africain et est tregraves abondante au Burkina-Faso

Apregraves une introduction geacuteneacuterale ce meacutemoire sera structureacute en trois (03) chapitres

Le premier chapitre sera consacreacute agrave une eacutetude bibliographique sur les colorants les

meacutethodes de traitements des effluents textiles et la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Le second chapitre abordera la partie mateacuterielles et meacutethodes Nous deacutecrirons les

protocoles expeacuterimentaux le mateacuteriel et les reacuteactifs employeacutes ainsi que les meacutethodes

expeacuterimentales utiliseacutees

Le troisiegraveme chapitre est consacreacute aux reacutesultats obtenus accompagneacutes drsquoune

discussion afin de comparer nos reacutesultats aux autres eacutetudes faites sur la deacutegradation du

bleu de meacutethylegravene (BM) par drsquoautres mateacuteriaux

Une conclusion geacuteneacuterale ainsi que quelques perspectives seront preacutesenteacutees en fin du

document

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE I REVUE BIBLIOGRAPHIQUE

I- LES COLORANTS (Caracteacuteristiques classification et toxiciteacute)

1- Historique des colorants

Depuis le deacutebut de lrsquohumaniteacute les colorants appliqueacutes dans pratiquement toutes les activiteacutes

humaines (peinture teinture du papier de la peau et des vecirctements) eacutetaient drsquoorigines naturelles

et veacutegeacutetales Ces colorants sont tous des composeacutes aromatiques qui proviennent essentiellement

des plantes tel que lrsquoalizarine et lrsquoindigo Lrsquoindustrie des colorants syntheacutetiques est neacutee en 1856

quand le chimiste anglais W H Perkin dans une tentative de synthegravese de la quinine artificielle

pour soigner la malaria a obtenu la premiegravere matiegravere colorante syntheacutetique qursquoil appela

mauve (aniline colorant basique) Apregraves la deacutecouverte de la mauve de nouveaux colorants

ont commenceacute agrave paraitre sur le marcheacute (Jaussaud 1993)

Au deacutebut du 20egraveme

siegravecle les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels Selon Mansour et al (2010) la production mondiale des colorants est

estimeacutee agrave plus de 800000 tonnesan

2- Deacutefinition des colorants

Un colorant est une substance coloreacutee qui interagit avec le milieu dans lequel elle est introduite

et le colore en srsquoy dissolvant etou dispersant lui confeacuterant la proprieacuteteacute de teindre Cette

proprieacuteteacute reacutesulte drsquoune affiniteacute particuliegravere entre le colorant et la fibre Selon le type

drsquoapplication et drsquoutilisation les colorants syntheacutetiques doivent reacutepondre agrave un certain nombre

de critegraveres afin de prolonger la dureacutee de vie des produits coloreacutes sur lesquels ils sont appliqueacutes

Ces critegraveres sont la reacutesistance agrave lrsquoabrasion la stabiliteacute photolytique des couleurs la reacutesistance

agrave lrsquooxydation chimique (notamment les deacutetergents) et aux attaques microbiennes(Pagga and

Brown 1986) et (Zawlotzki Guivarch 2004)

3- Classification des colorants syntheacutetiques

Les matiegraveres colorantes se caracteacuterisent par leur capaciteacute agrave absorber les rayonnements lumineux

dans le spectre visible (de 380 agrave 750 nm) La transformation de la lumiegravere blanche en lumiegravere

coloreacutee par reacuteflexion sur un corps ou par transmission ou diffusion reacutesulte de labsorption

seacutelective deacutenergie par certains groupes datomes appeleacutes chromophores la moleacutecule colorante

eacutetant le chromogegravene Dautres groupes datomes du chromogegravene peuvent intensifier ou changer

la couleur due au chromophore ce sont les groupes auxochromes (Barka 2008)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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4- Les colorants aziniques (thiazines)

Les colorants thiazines sont analogues aux colorants oxazines sauf que lrsquoatome de soufre

remplace lrsquoatome drsquooxygegravene dans lrsquoanneau heacuteteacuterocyclique Ces colorants ont un noyau

phenazonium comme chromophore avec des groupes amineacutes en para par rapport au soufre

comme auxochrome Ils ont un intervalle de couleur du vert au bleu et ils sont stables agrave la

lumiegravere Ils sont utiliseacutes dans le domaine du textile meacutedecine pharmacie et biologie

Seulement cinq colorants thiazines sont connus et toujours fabriqueacutes azure A azure B azure C

thionine et bleu de meacutethylegravene

Le colorant thiazine le plus important est le bleu de meacutethylegravene deacutecouvert par Caro en 1876

Colorants doxazines Colorants thiazines

Oxazines

Thiazine

5- Toxiciteacute des colorants

La prise de conscience quant agrave la dangerositeacute de certains colorants a commenceacute vers 1890 ougrave

lrsquoon surveillait essentiellement les teneurs en cuivre en arsenic et en plomb dans les colorants

syntheacutetiques ou mineacuteraux Cependant bien que des toxicologues aient auparavant mis en

eacutevidence chez les animaux le risque de cancer lieacute agrave lrsquoingestion de certains colorants azoiumlques

rouges ce nrsquoest qursquoapregraves la deuxiegraveme (2egraveme

) guerre mondiale que des seacuterieux tests biologiques

ont abouti agrave la remise en cause de la plupart des colorants utiliseacutes Une reacuteglementation plus

exigeante a eacuteteacute instaureacutee en 1960 concernant le test de toxicologique des colorants mis sur le

marcheacute Pour le cas du Burkina-Faso il yrsquoa un deacutecret ndeg2001-185 (article 12) portant

interdiction de rejet dans lrsquoenvironnement de certaines substances canceacuterigegravenes dans

lrsquoenvironnement

6- Proprieacuteteacutes physico-chimiques du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene colorant azinique (thiazine) de la famille basique ou cationique aussi

appeleacute chlorure de bis-(dimethylamino)- 37 phenazathionium est soluble dans lrsquoeau (50 g L-1

) et

moins soluble dans lrsquoalcool (10 g L-1

) Sa formule chimique est C16H18ClN3S une masse molaire

de 319852 g mol-1

se preacutesente sous forme drsquoune poudre cristalline drsquoun bleu fonceacute est un deacuteriveacute

azoteacute (Fig1)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 1 Bleu de meacutethylegravene et sa structure chimique

Il est couramment utiliseacute comme modegravele de contaminant organique en raison de sa structure

moleacuteculaire stable Dans la reacuteaction de reacuteduction le BM se transforme en leuco meacutethylegravene

incolore due agrave la perte du doublet libre de lrsquoazote et introduction drsquoun atome drsquohydrogegravene

Le BM sous sa forme incolore est

(Eq 1)

bleu de meacutethylegravene chlorure de meacutethylthioninium

S

N

N NCl-

hydroxyde de meacutethylthioninium

S

N

N N HO

Figure 2 Forme incolore du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene est le colorant le plus couramment utiliseacute dans la teinture du coton du bois

et de la soie Il peut provoquer des brucirclures oculaires responsables de blessures permanentes aux

yeux de lrsquohomme et des animaux Son inhalation peut donner lieu agrave des difficulteacutes respiratoires

entrainer des cas drsquoaneacutemie apregraves une absorption prolongeacutee et son ingestion par la bouche produit

une sensation de brucirclure provoque des nauseacutees des vomissements transpiration et sueurs

froides abondantes (Ghosh and Bhattacharyya 2002) Il est aussi est toxique pour les algues et

les petits crustaceacutes agrave partir des concentrations de 01 mg L-1

et 2 mg L-1

respectivement (Ounissa

1996 Meink et al 1997)

Le traitement des rejets industriels contenant ce type de colorant srsquoavegravere drsquoun grand inteacuterecirct

II- TRAITEMENT DES REJETS TEXTILES

1- Geacuteneacuteraliteacutes sur les meacutethodes de traitements

Le traitement des rejets textiles compte tenu de leur heacuteteacuterogeacuteneacuteiteacute de composition conduira

toujours agrave la conception drsquoune chaine de traitement assurant lrsquoeacutelimination des diffeacuterents

polluants par des eacutetapes successives La premiegravere eacutetape consiste agrave eacuteliminer la pollution par

lrsquointermeacutediaire de preacutetraitement (deacutegrillage dessablage deacuteshuilage etc) etou de traitement

physique ou physico-chimique assurant une seacuteparation solide-liquide Drsquoapregraves Barclay and

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Buckley (2000) les techniques de deacutepollution intervenant le plus courant en deuxiegraveme eacutetape

dans les industries se divisent en trois cateacutegories

1- Biologique

Traitement aeacuterobie

Traitement anaeacuterobie

2- Physique

Meacutethode de preacutecipitation (coagulation floculation seacutedimentation)

Adsorption (sur charbon actif)

Osmose inverse filtration sur membrane

3- Chimique

Oxydation (oxygegravene ozone oxydants tels que le H2O2 NaOCl)

Reacuteduction (Na2S2O2)

Meacutethode de complexomeacutetrique

Reacutesine eacutechangeuse drsquoions

A- Meacutethodes biologiques

Lrsquoavanceacutee technologique a permis la conception des systegravemes de traitement biologique

perfectionneacutes en se basant sur lrsquoautoeacutepuration naturelle des eaux Ces proceacutedeacutes biologiques se

font selon deux modes traitements en aeacuterobie (en preacutesence de lrsquooxygegravene) et traitement en

anaeacuterobie (les microorganismes deacutegradent la matiegravere organique en absence de lrsquooxygegravene)

Les proceacutedeacutes drsquoeacutepuration par voie biologique sont baseacutes sur la transformation microbienne des

colorants La plupart des colorants azoiumlques sont tregraves stables et non biodeacutegradables Beaucoup

drsquoeacutetudes ont deacutemontreacute la biodeacutegradation partielle ou complegravete de certains colorants par voie

biologiques (Adnosinda et al 2003) et (Lopez et al 2004) Mecircme si ces techniques sont

adapteacutees agrave un nombre de polluants organiques elles ne sont pas toujours applicables sur les

effluents textiles industriels en raison de fortes concentrations de polluants de leur toxiciteacute qui

entrainent la destruction des microorganismes ou des boues biologiques agrave traiter

B- Meacutethodes physiques

Lorsque les eaux useacutees ne se precirctent pas agrave une deacutepollution par voie biologique (effluent peu ou

pas biodeacutegradable tempeacuterature trop faible valeurs extrecircmes de pH preacutesence de toxiques)

des proceacutedeacutes physico-chimiques classiques permettent de compenser soit en se substituant

totalement agrave lrsquoeacutepuration par voie biologique soit en traitement compleacutementaire On peut citer

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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par exemple la coagulation-floculation suivie drsquoune deacutecantation (clarification) lrsquoadsorption sur

charbon actif lrsquoeacutechange drsquoions ou la filtration membranaire

B1- Coagulation-floculation

Sous le terme de coagulationndashfloculation on entend tous les processus physico-chimiques par

lesquels des particules colloiumldales ou des solides en fine suspension sont transformeacutes par des

floculants chimiques en espegraveces plus visibles et seacuteparables (les flocs) Les flocs formeacutes sont

ensuite seacutepareacutes par deacutecantation et filtration puis eacutevacueacutes Les coagulants inorganiques tels que

lrsquoalun (Al2(SO4)314H2O) donnent les reacutesultats plus que satisfaisants pour la deacutecoloration des

effluents textiles contenant des colorants disperseacutes de cuve et soufreacutes mais sont totalement

inefficaces pour les colorants azoiumlques acides et basiques (Barclay and Buckley 2000) et

(Vendevivere et al 1998) Par ailleurs la coagulationndashfloculation ne peut ecirctre utiliseacutee pour les

colorants fortement solubles dans lrsquoeau comme le cas du BM

Le principal deacutesavantage de cette technique est qursquoelle geacutenegravere une importante quantiteacute de boue

entrainant des investissements suppleacutementaires

B2- Filtration membranaire

Dans ce proceacutedeacute les polluants sont retenus par une membrane semi permeacuteable dont le diamegravetre

des pores est infeacuterieur agrave celui des moleacutecules agrave eacuteliminer Cette technique est largement utiliseacutee

dans le domaine de lrsquoeau potable et le dessalement La filtration sur membrane sous lrsquoeffet

drsquoune pression hydraulique se deacutecline en microfiltration lrsquoultrafiltration la nano filtration et

lrsquoosmose inverse Parmi les quatre types de proceacutedeacutes la nano filtration et lrsquoosmose inverse sont

les plus adapteacutes agrave la reacuteduction partielle de la couleur et des petites moleacutecules organiques

(Taylor and Jacobs 1996) (Calobro et al 1990) En effet la nano filtration srsquoapplique surtout

au traitement des bains de teinture de colorants reacuteactifs en agissant comme un filtre moleacuteculaire

tandis que la microfiltration retient les mateacuteriaux colloiumldaux tels que les colorants disperseacutes ou

de cuve gracircce agrave une laquomembrane eacutecranraquo (Van der Bruggen et al 2003) Lrsquoultrafiltration ne

srsquoapplique qursquoagrave la reacuteduction de DCO et des solides en suspension (Anselme and Jacobs 1996)

et nrsquoest reacuteellement efficace qursquoen combinaison avec la coagulationfloculation

B3- Adsorption sur charbon actif et autres mateacuteriaux

Le polluant est transfeacutereacute de la phase liquide vers la phase solide lors de lrsquoadsorption Le

charbon actif eacutetant consideacutereacute comme lrsquoadsorbant le plus efficace pour la reacuteduction de la

couleur est limiteacute pour lrsquoeacutelimination de certains colorants Seuls les cationiques colorant agrave

mordant disperseacutes ou dits de cuve sont eacutelimineacutes par cette technique (Raghavacharya 1997)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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C- Meacutethodes chimique

Les techniques drsquooxydation chimiques sont geacuteneacuteralement appliqueacutees quand les proceacutedeacutes

biologiques sont inefficaces Elles peuvent ecirctre ainsi utiliseacutees pour les proceacutedeacutes biologiques en

eacutetapes de preacutetraitement afin de diminuer la charge polluante Lrsquooxydation chimique est

eacutegalement appliqueacutee pour le traitement des organiques dangereux preacutesents en faibles

concentrations et des effluents chargeacutes de constituants reacutesistants aux meacutethodes de

biodeacutegradation Le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) le Cl2 et O3 sont les reacuteactifs les plus souvent

utiliseacutes pour ce type de traitement Le H2O2 est un oxydant moyennement fort et son application

pour le traitement des polluants organiques et inorganiques est bien eacutetablie (Neyens et al

2003) Mais lrsquooxydation par H2O2 nrsquoest pas suffisamment efficace pour de fortes concentrations

en colorant Hamada et al (1998) ont proposeacute de traiter les colorants azoiumlques par hypochlorure

de sodium Cependant si la moleacutecule initiale est deacutetruite les halogegravenes sont susceptibles de

former des trihalomeacutethanes comme sous-produits de deacutegradation lesquels sont canceacuterigegravenes

pour lrsquoHomme

Drsquoougrave la neacutecessiteacute drsquoutiliser des produits drsquooxydation encore plus performant comme les

proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutes (POA)

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation

Avanceacutee (POA)

Lrsquoindustrialisation intensive qui a vu le jour au cours du dernier siegravecle a causeacute lrsquoapparition dans

lrsquoenvironnement de polluants eacutemergents reacutefractaires qui sont reconnus canceacuterigegravenes et

mutagegravenes Dans lrsquooptique de limiter la pollution de lrsquoenvironnement des strateacutegies de

traitement efficaces et eacutecologiques ont eacuteteacute deacuteveloppeacutees Parmi ces strateacutegies se trouve

lrsquoapplication des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee (POA) Figure 3

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Il srsquoagit de proceacutedeacutes de traitement oxydatif qui peuvent ecirctre subdiviseacutes en quatre groupes

(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse

utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et reacutepondent aux

critegraveres suivant (Suty et al 2003)

Ne pas induire de pollution secondaire

Non toxique

Non corrosif pour les eacutequipements

Etre le plus rentable possible

Etre relativement le plus simple agrave manipuler

Les OHbull sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse utiliser dans le domaine des

eaux et des effluents industriels avec une vitesse drsquooxydation (109

fois plus eacuteleveacutee) agrave celle de

lrsquoozone et son potentiel drsquooxydation est de 28 VENH (Parsons 2004) Tableau 1

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique

Oxydant Pouvoir oxydant Edeg (VENH)

OHbull 280

Oo 242

O3 207

H2O2 (milieu acide) 178

Cl2 136

O2 123

Plusieurs secteurs ont utiliseacutes ces proceacutedeacutes pour traiter leurs eaux par exemple Parsons (2004)

lrsquoa utiliseacute pour le traitement des eaux de surface et souterraines Martinez-Huitle and Ferro

(2006) lrsquoont utiliseacute pour le traitement des eaux industrielles Hayet (2011) lrsquoa testeacute dans

lrsquoeacutelimination du 4- chloropheacutenol Hsing et al (2007) et Wu and Chang (2006) ont lrsquoutiliseacute pour

deacutecolorer les eaux des industries textiles Bouafia (2010) a utiliseacute le proceacutedeacute drsquooxydation

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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avanceacutee baseacutee sur le reacuteactif de fenton pour deacutegrader les colorants textiles Derradji (2012) a

coupleacute le POA avec un traitement biologique pour le traitement des eaux useacutees industrielles

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

)

Fenton avait deacutecrivit agrave la fin du XIX egraveme

siegravecle que le fer ferreux (Fe2+

) favorisait fortement

lrsquooxydation de lrsquoacide maleacuteique par le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) en milieu acide (Fenton

1894) Des travaux ulteacuterieurs ont montreacute que la combinaison de H2O2 et de Fe2+

nommeacute

laquo Reacuteactif de Fenton raquo eacutetant un oxydant efficace pour une grande varieacuteteacute de substrats

organiques notamment les pheacutenols les pesticides les aromatiques polycycliques et des

colorants en particulier les azoiumlques (Spadaro et al 1994 Benitez et al 2001 De Heredia et

al 2001) Quarante (40) ans plus tard Haber and Weiss (1934) identifiaient le radical

Hydroxyl comme eacutetant lrsquoespegravece oxydante de la reacuteaction preacutesenteacutee ci-dessous et communeacutement

appeleacutee reacuteaction de Fenton

(Eq2)

Le fer ferrique geacuteneacutereacute peut ensuite reacuteagir avec le peroxyde drsquohydrogegravene pour redonner le fer

ferreux

(Eq3)

La vitesse de deacutecomposition de H2O2 par le Fer II augmente lorsque le pH augmente (le 5) car

dans cette gamme de pH la forme preacutedominante Fe(OH) 2+

est beaucoup plus reacuteactive que lrsquoion

Fe2+

(Kuo 1992)

Lrsquoeacutetude de la deacutepollution des effluents textiles coloreacutes par le proceacutedeacute Fenton (systegraveme H2O2

Fe2+

) a eacuteteacute reacuteveacuteleacutee tregraves efficace et plusieurs eacutetudes ont montreacute que le taux de mineacuteralisation des

colorants syntheacutetiques augmente avec lrsquoaugmentation des doses des reacuteactifs et du temps de

reacuteaction Le rapport des reacuteactifs R =

et le rapport

joue aussi un rocircle important

dans la vitesse de deacutegradation de colorants de deacutepart et sur le taux de mineacuteralisation (Kuo

1992)

Le proceacutedeacute Fenton possegravede trois (03) caracteacuteristiques attractives pour le traitement des

composeacutes organiques (Redha 2011)

Les radicaux hydroxyles OHbull produits reacuteagissent tregraves rapidement (10

9 fois plus reacuteactif

que le O3)

Les reacuteactifs sont simples agrave manipuler et sans danger pour lrsquoenvironnement

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Les produits finaux de deacutegradation (H2O CO2 ions mineacuteraux et hydroxydes ferriques)

nrsquointroduisent pas une pollution suppleacutementaire

Le proceacutedeacute de Fenton est composeacute geacuteneacuteralement de quatre eacutetapes principales ajustement du

pH oxydation neutralisation et coagulationpreacutecipitation Pour lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute la

reacuteaction de fenton ne peut se produire qursquoagrave un pH voisin ou eacutegal agrave 3 ce qui reacutesulte un ajout des

solutions acides Au-delagrave des valeurs de pH comprises entre 3 et 4 le fer (Fe2+

ou Fe3+

) est

susceptible de preacutecipiter et former des hydroxydes de fer induisant ainsi une faible activiteacute

catalytique Le milieu doit ecirctre approvisionneacute drsquoune maniegravere continue Ce qui peut alourdir les

couts de traitement

Le proceacutedeacute Fenton est consideacutereacute aujourdrsquohui comme le proceacutedeacute dont sa mise en œuvre est facile

et plus utiliseacute dans le monde pour le traitement drsquoeffluents industriels textiles mais le proceacutedeacute

est limiteacute par le manque de geacuteneacuteration du catalyseur qui neacutecessite geacuteneacuteralement un apport

constat en reacuteactif et qui contraint de ce fait agrave lrsquoapprovisionner en continu le milieu en peroxyde

drsquohydrogegravene (H2O2) tregraves couteux

III- LA LATERITE

Le Burkina-Faso est un pays de lrsquoAfrique occidentale avec une superficie de 274 000 kmsup2 et le

recouvrement lateacuteritique est un caractegravere dominant des paysages peacuteneacuteplaines ou tabulaires qui

caracteacuterisent sa plus grande partie Les lateacuterites se preacutesentent sous forme de plateaux eacutetendus

buttes teacutemoins cuirasses indureacutes etc Lrsquoeacutepaisseur de ces lateacuterites varie selon la nature des

formations sur lesquelles elles se reposent

La lateacuterite (du latin later brique) est une roche rouge ou brun qui se forme par alteacuteration des

roches sous les climats tropicaux Elle est constitueacutee du fer (Limonite ferrihydrite geothite

heacutematite) drsquoaluminium (Gibbsite cliachite boehmite) de titane de manganegravese et de

silicium On la trouve surtout en domaine intertropical et recouvre 33 des continents

Pour lrsquoeacutetude de la deacutegradation du colorant BM nous avons utiliseacute deux types de lateacuterite

provenant lrsquoune de la reacutegion de Koubri dans le Centre et contenant 314 de fer et lrsquoautre dans

la reacutegion Sud-Ouest du Burkina-Faso contenant 447 pour le traitement (Figure 4) Ces

lateacuterites ont eacuteteacute caracteacuteriseacutees au Laboratoire CRISMAT (Centre National de Recherche et de

Technologie Mateacuteriaux ENSI Caen) en France

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE

Lrsquoutilisation des substances organiques dans lrsquoindustrie sans traitement est la deacutegradation de la

qualiteacute des eaux qui se reacutepercute sur la santeacute de lrsquoecirctre humain Dans ce chapitre nous allons voir

les produits et mateacuteriels ainsi que la meacutethodologie expeacuterimentale utiliseacutes pour la deacutegradation du

colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute Fenton en phase homogegravene en utilisant le fer

industriel puis le fer extrait de la lateacuterite

Nous preacutesentons en premier lieu la technique du dosage du BM et les reacuteactifs utiliseacutes pour la

deacutegradation de notre colorant Nous eacutevoquons les techniques de caracteacuterisation de la lateacuterite par

diffraction des rayons X et analyse quantitative

I- PRODUITS ET MATERIELS

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite)

Pour lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite nous avons utiliseacute

certains reacuteactifs qui sont illustreacutes dans le tableau 2

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes

Produits Fournisseur Qualiteacute

Bleu de meacutethylegravene Fluka 96

Peroxyde drsquohydrogegravene

(H2O2)

Preacutepareacute par

Laboratoires Gilbert (CA 655-

301-3)

9

Acide sulfurique (H2SO4) Sigma-Aldrich (CA 7664-93-9) 95-97

Sulfate ferreux (FeSO4

7H2O

Fluka Chemika (CA44990) 98

Hydroxyde de Sodium

NaOH

Sigma Aldrich 32

Eau ultra-pure ou Milli-Q Polisseur drsquoeau du LEDES 0055 microScm ou 183

2- Mateacuteriels utiliseacutes

Les mateacuteriels utiliseacutes pour les suivis cineacutetiques de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite sont la spectrophotomeacutetrie DR 5000 la lateacuterite et les trois types drsquoacides

lrsquoacide sulfurique lrsquoacide chlorhydrique lrsquoacide nitrique pour lrsquoextraction du fer de la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM

Les eacutechantillons de lateacuterites utiliseacutees lors de ce travail ont eacuteteacute caracteacuteriseacutes au Laboratoire

CRISMAT (Centre National de Recherche Technologique Mateacuteriaux ENSI Caen) en France Ils

proviennent de deux reacutegions du Burkina-Faso (Dano et Koubri) contiennent respectivement 44

7 et 314 de fer et ont eacuteteacute obtenus par les analyses en diffraction des rayons X (DRX) et en

microscopie eacutelectronique agrave balayage (MEB)

Le principe de lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS

Lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS est une analyse quantitative en des points ou zones speacutecifiques dun

eacutechantillon en utilisant la spectromeacutetrie agrave seacutelection deacutenergie (EDS)

Son principe est que par lintermeacutediaire dun canon agrave eacutelectrons un faisceau deacutelectrons est envoyeacute

sur leacutechantillon En contact avec la matiegravere ces eacutelectrons interagissent de diffeacuterentes faccedilons

Le MEB-EDS du laboratoire va permettre dexploiter trois informations distinctes dont deux qui

vont ecirctre traduites en images

-Une image en eacutelectrons secondaires (SE) qui naicirct dune interaction entre les eacutelectrons du

faisceau et les eacutelectrons des couches eacutelectroniques de latome et qui nous donnera une

information topographique de leacutechantillon

- Une image en eacutelectrons reacutetrodiffuseacutes (BSE) qui reacutesulte de linteraction entre les eacutelectrons du

faisceau le noyau et le nuage eacutelectronique de latome et qui permettra de creacuteer une image par

contraste chimique

- Une troisiegraveme information que lon obtient est une analyse eacuteleacutementaire le microscope

eacutelectronique agrave balayage eacutetant coupleacute agrave un deacutetecteur de rayons X agrave dispersion deacutenergie

Le principe de lrsquoanalyse par Diffraction Rayon X (DRX)

La diffraction des rayons X est une technique danalyse fondeacutee comme son nom lrsquoindique sur la

diffraction des rayons X sur la matiegravere La diffraction des rayons X est un pheacutenomegravene

dinterfeacuterence constructive qui se produit quand un faisceau de rayons X (onde

eacutelectromagneacutetique) peacutenegravetre dans un cristal (empilement peacuteriodique datomes) Il peut donc

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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apparaitre quand on place un monocristal un poly-cristal ou une poudre devant une source de

rayons X Lemplacement des faisceaux diffracteacutes nous informe sur la peacuteriodiciteacute du (des) cristal

tandis que lintensiteacute de ces faisceaux nous informe sur la nature et la position des atomes

contenus dans le cristal La position des intensiteacutes diffracteacutees nous renseignera sur la taille de la

maille tandis que lintensiteacute nous permettra de calculer la position des atomes dans la maille

ainsi que leur nature Les proprieacuteteacutes chimiques ou physiques dun mateacuteriau deacutependent de la

position et la nature des atomes du cristal

Les caracteacuteristiques du diffractomegravetre des eacutechantillons de la poudre de lateacuterite analyseacutee sur un

diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 eacutequipeacute drsquoun monochromateur avant et drsquoun deacutetecteur Lynx-

Eye sont rassembleacutees dans le tableau et figures ci-dessous

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Position initiale [deg2Th] 10 0050

Position finale [deg2Th] 99 9910

Taille [deg2Th] 00110

Temps drsquoeacutetape de balayage [s] 1170

Fente de divergence Fixed

Fente de divergence [mm] 2

Tempeacuterature de mesure [degC] 21

Mateacuteriel drsquoanode Cu

K Alpha 1 [Aring] 154060

Geacuteneacuterateur 40 mA 40 kV

Monochromateur de rayon incident Oui

Rotation Non

Ouverture de deacutetecteur [deg] 35

Deacutetecteur de discrimination LL [V] 017

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri

Les diffeacuterentes phases des eacutechantillons de lateacuterites par lrsquoanalyse en diffraction RX sont

reacutecapituleacutees sur ce tableau

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

Phase Koubri Dano

-massique -massique

Phase majoritaire Kaolinite 333 36

Quartz 326 161

Deuxiegraveme sous-ensemble de phase Goethite FeO(OH) 211 352

Heacutematite Fe2O3 73 63

Ferrite

(fer-alpha)

3 32

Phase anatase TiO2 27

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene

La solution megravere du BM de concentration 1 g L-1

a eacuteteacute preacutepareacutee en mettant les cristaux dans un

litre drsquoeau distilleacutee Les solutions standard pour lrsquoeacutetablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage ont

eacuteteacute obtenues par des dilutions successives jusqursquoaux concentrations deacutesireacutees

Le suivi de lrsquoeacutevolution de la concentration du BM au cours du temps est fait par

spectrophotomeacutetrie UVVisible

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible

La spectrophotomeacutetrie est une technique analytique quantitative qui consiste agrave mesurer

lrsquoabsorbance ou la densiteacute optique drsquoune substance chimique donneacutee en solution La meacutethode

repose sur la loi de Beer-Lambert qui eacutenonce

Lorsqursquoune substance absorbe de la lumiegravere dans le domaine de lrsquoultra-violet et du

visible lrsquoeacutenergie absorbeacutee provoque des perturbations dans la structure eacutelectronique des

atomes ions ou moleacutecules Un ou plusieurs eacutelectrons utilisent cette eacutenergie pour sauter

drsquoun niveau de basse eacutenergie agrave un niveau de plus haute eacutenergie Ces transitions

eacutelectroniques se font dans le domaine de 350 agrave 800nm pour le visible et entre 200 agrave 350

nm pour lrsquoultra-violet

Un milieu homogegravene traverseacute par la lumiegravere absorbe une partie de celle-ci les

diffeacuterentes radiations constituant le faisceau incident sont diffeacuteremment absorbeacutees

suivant leur longueur drsquoonde et les radiations transmisses sont alors caracteacuteristiques du

milieu

Soit un rayon lumineux monochromatique de longueur drsquoonde λ traversant un milieu

homogegravene drsquoeacutepaisseur l Le taux de deacutecroissance de lrsquointensiteacute lumineuse en fonction de

lrsquoeacutepaisseur du milieu absorbant est donneacute par la loi de Lambert

A= log (

) (Eq4)

Avec

I0 intensiteacute initiale de la lumiegravere traverseacutee

I intensiteacute de la lumiegravere transmise

A absorbance

La spectrophotomeacutetrie UVVisible permet de suivre la deacutecoloration des solutions gracircce aux

absorbances qui eacutevoluent en fonction du temps de traitement Elle permet eacutegalement de suivre

lrsquoeacutevolution des ions gracircce agrave leurs diffeacuterents dosages

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3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM

a- Deacutetermination des longueurs drsquoondes drsquoabsorption maximale

Le spectre drsquoabsorbance du BM a eacuteteacute balayeacute entre 200 et 800 nm afin de suivre quantitativement

sa concentration Les pics de notre colorant sont obtenus agrave 661nm et 291nm (fig 8) Les

diffeacuterentes absorbances ont eacuteteacute deacutetermineacutees et une courbe deacutetalonnage a eacuteteacute traceacutee en utilisant

des solutions standard variant de 0 agrave 8 mg L-1

pour les deux longueurs drsquoondes

Figure 8 Spectre du Bleu de meacutethylegravene

b- Etablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage du BM

La concentration [Fx] des solutions eacutetalon varie de 1 agrave 8 mg L-1

Les volumes agrave preacutelever sont

calculeacutes en appliquant lrsquoeacutequation suivante

(Eq5)

Avec [Fx] - Concentration de lrsquoeacutetalon

Vx - Volume drsquoeacutetalon agrave preacuteparer

[M] - Concentration de la solution megravere

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene

Solution Zero 1 2 3 4 5

Concentration [mgL-1] 0 2 3 4 6 8

Volume neacutecessaire [mL] 0 02 03 04 06 08

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Pour tracer la courbe drsquoeacutetalonnage nous avons introduit les diffeacuterents volumes dans des fioles de

100 mL ensuite nous avons compleacuteteacute agrave lrsquoeau distilleacutee jusqursquoau trait de jauge On a mis la

spectrophotomeacutetrie en marche et proceacutedeacute agrave la lecture du blanc puis successivement des solutions

eacutetalons

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm)

Solution 0 1 2 3 4 5

Con (mg L-1

) 0 2 3 4 6 8

Absorbance (nm) pour λ = 661 0 085 13 18 23 3

Absorbance (nm) pour λ = 291 0 04 06 09 12 17

Figure 9 Courbe deacutetalonnage (λmax = 661 nm et λmax = 291 nm) variation de labsorbance en

fonction de la concentration du BM

4- Preacuteparation des solutions de fer

a- Solution de fer industriel

Le reacuteactif utiliseacute est le sulfate ferreux ou sulfate de fer (II) drsquoune poudre blanchacirctre agrave lrsquoeacutetat

anhydre dont la formule est FeSO4 7H2O Pour la preacuteparation du Fe2+

de concentration 3 g L-1

nous avons verseacute 3 g du sulfate ferreux anhydre dans une fiole de 1 L contenant 500 mL drsquoeau

milli-Q puis ajouter une (1) goutte drsquoacide sulfurique (H2SO4) concentreacute agrave 98 dans la fiole et

laisser agiter pendant 30 secondes Apregraves compleacuteter jusqursquoau trait de jauge et placer sous

agitation durant 1 h jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune solution de couleur rouge brique

b- Solution de fer de la lateacuterite

Pour la deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite les solutions de la lateacuterite

ont eacuteteacute preacutepareacutees de la maniegravere suivante

Pour le lit de lateacuterite nous avons preacuteleveacute

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

Compleacuteter drsquoeau milli-Q (eau ultra pure) jusqursquoau trait de jauge

y = 03938x

Rsup2 = 09869

0

05

1

15

2

25

3

35

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

661nm

y = 02094x

Rsup2 = 09972

0

02

04

06

08

1

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

291 nm

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Ajuster par la suite le pH de la solution agrave 3 avec lrsquoacide sulfurique (concentreacute agrave

95-97)

Figure 8 Lit de lateacuterite

Pour la lateacuterite attaqueacute par de lrsquoacide concentreacute pour lrsquoextraction du Fer

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

30 m L drsquoacide (HClHNO3H2SO4)

Ajouter avec prudence 20 mL drsquoeau milli-Q pour avoir 50 mL de solution

Preacutelever le surnageant pour le traitement du bleu de meacutethylegravene

Figure 9 Attaque acide de la lateacuterite

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton

Lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM srsquoest faite par trois diffeacuterentes eacutetapes

Une solution du BM est soumise agrave un traitement par proceacutedeacute Fenton en utilisant du H2O2

et le fer industriel (Fe2+

) ajustement du pH agrave 3 (Fig12)

Figure 10 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel

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Pour la deacutegradation du BM en utilisant la lateacuterite deux eacutetapes ont eacuteteacute imageacutes lrsquoune par

un lit de lateacuterite et lrsquoautre par la lateacuterite attaqueacutee par trois types drsquoacides (Fig13)

Figure 11 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM

Nous avons deacutetermineacute la cineacutetique de deacutecoloration agrave partir des valeurs des absorbances trouveacutees

agrave 661nm La deacutetermination de la constante de vitesse kapp permet de donner un ordre de

grandeur de la vitesse Expeacuterimentalement on peut montrer que la vitesse de reacuteaction bilan du

BM srsquoeacutecrit de la maniegravere suivante

Bleu de meacutethylegravene + OHbull rarr sous-produit du bleu de meacutethylegravene (Eq6)

Pour la cineacutetique drsquoordre 1

V = -

= kapp (Eq7) reacuteaction de pseudo ordre un laquo1 raquo

Avec

V vitesse de deacutegradation catalytique (mg L-1

h-1

)

kapp constante apparente de deacutegradation (min ou h-1

)

[BM] concentration du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

t temps de reacuteaction (h)

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

Ln (

) = kapp t (Eq8)

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Figure 12 Reacuteaction de pseudo ordre 1

Pour la cineacutetique drsquoordre 2

V = -

= kapp (Eq9) reacuteaction de pseudo ordre un laquo2 raquo

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

int

= - int

(Eq10)

(Eq11)

Figure 13 Reacuteaction de pseudo ordre 2

Pour le calcul des rendements ou taux drsquoabattement (τ) agrave lrsquoissu des eacutetudes cineacutetiques de

deacutegradation du BM nous avons utiliseacute cette formule ci-dessous

τ =

(Eq12)

Rsup2 = 09863

-070

-060

-050

-040

-030

-020

-010

000

0 2 4 6 8

ln (C

Co)

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 1

Rsup2 = 09499

0

0005

001

0015

002

0025

003

0 2 4 6 8

1C

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 2

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CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL

Tous les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes agrave tempeacuterature ambiante (25degC) Les concentrations du bleu de

meacutethylegravene choisies pour lrsquoexpeacuterience sont 10 et 40 mg L-1

1- Effet de pH du milieu

Etant donneacute que le proceacutedeacute Fenton est baseacute sur lrsquoeffet catalytique du Fer et plus preacuteciseacutement

du Fe2+

il nous est paru neacutecessaire de commencer lrsquoeacutetude par la deacutetermination du pH

optimale pour le proceacutedeacute Lrsquoajustement du pH du milieu srsquoeffectue agrave lrsquoaide drsquoune solution

drsquoacide sulfurique Ce choix est justifieacute par lrsquoexistence deacutejagrave au sein de la solution des ions

2-

suite agrave lrsquoaddition du Fe2+

sous la forme de FeSO4 7H2O

Les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes avec une concentration en BM de 20 mg L-1

un rapport R = 15

correspondant agrave des concentrations de 6 et 040 mg L-1

en H2O2 et Fe2+

respectivement et

pour des valeurs de pH variant entre 3 et 5 Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacute sur figure 16

Figure 14 Effet du pH

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t = 20

min)

pH Rendement ()

3 96

35 5245

4 6156

5 5509

000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 5 10 15 20

[BM

] m

gL

ˉˡ

temps de deacutegradation (mn)

pH = 3

pH = 35

pH = 4

pH = 5

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Drsquoapregraves le tableau preacutecegravedent nous observons que le pH favorable pour la deacutegradation du BM

par le proceacutedeacute Fenton est pH = 3 avec un taux de deacutegradation de 96 au bout de 20 min

De nombreux travaux sur les proceacutedeacutes Fenton ont montreacute que le pH 3 semble ecirctre la meilleure

valeur pour une deacutegradation optimale des polluants organique ((Tang and Huang 1996 Kuo

and Lo 1999) Pour la suite du travail nous adopterons deacutesormais cette valeur de pH

2- Effet de la concentration en BM

Nous avons traiteacute agrave un pH = 3 et agrave 25degC deux solutions du BM de concentration diffeacuterentes

(10 mg L-1

et 40 mg L-1

) en fixant les concentrations de Fe2+

agrave 134 mg L-1

et celle du H2O2 agrave

6 mg L-1

(figure 17)

Figure 15Effet de la concentration du BM

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM

[BM] mg L-1

Rendement () Temps de

deacutecoloration (min)

10 9738 8

40 9565 14

Nous avons constateacute que la concentration du BM de concentration 10 mg L-1

srsquoest deacutegradeacutee

rapidement et complegravetement avec un temps de deacutecoloration (td) de 8 min tandis que celle de

40 mg L-1

est plus lente avec un td de 14 min Donc plus la solution est concentreacutee plus le

temps de deacutegradation est important

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La cineacutetique de deacutecoloration du colorant BM de concentrations respectives de 10 et

40 mg L-1

obeacuteit agrave la loi cineacutetique de pseudo premier

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM

Solution kapp

BM = 10 mg L-1

028

BM = 40 mg L-1

010

La deacutetermination de la constante apparente de vitesse montre eacutegalement que cette derniegravere

varie en fonction de la concentration en BM En effet la valeur de kapp est deux fois plus

supeacuterieure pour une concentration en BM de 10 mg L-1

que pour celle de 40 mg L-1

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene

Figure 16 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel

Une solution du bleu de meacutethylegravene de concentration 40 mg L-1

est soumise agrave un traitement par

proceacutedeacute Fenton en utilisant 6 mg L-1

de H2O2 et le fer industriel agrave une concentration de 134

mg L-1

Des preacutelegravevements ont eacuteteacute effectueacutes agrave des intervalles reacuteguliers de temps afin de suivre

lrsquoeacutevolution de la deacutegradation par Spectrophotomeacutetrie Lrsquoanalyse spectromeacutetrique des

eacutechantillons est effectueacutee par un balayage du spectre UV-Visible entre 200 et 800 nm (figure

18)

Nous remarquons que plus le temps de traitement est important plus le pic drsquoabsorbance dans

le visible agrave 661 diminue drsquointensiteacute pour srsquoannuler complegravetement agrave partir du 30 min Par

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contre le pic dans le domaine UV agrave 291 il diminue certes drsquointensiteacute mais ne srsquoannule pas

mecircme apregraves 45 min de traitement

Ce reacutesultat nous permet de conclure que le proceacutedeacute Fenton permet une deacutegradation partielle

de la moleacutecule du BM au bout de notre temps de reacuteaction Drsquoapregraves Cao et al (1999) les pics

appartenant aux domaine drsquoUV entre 200 et 260 sont relatives au cycle benzegravene mono ou

poly substitueacute Ceci revient agrave dire que la deacutegradation du BM passe par deux eacutetapes

Deacutegradation du groupement fonctionnel de la moleacutecule du BM (λ = 661 nm) crsquoest agrave

dire que la rupture de lrsquoheacuteteacuterocycle central entraine la perte des conjugaisons des deux

lateacuteraux ce qui explique la deacutecoloration plus ou moins rapide de la solution

La deacutegradation des cycles benzegravene persistant en solution est beaucoup plus lente

puisque lrsquointensiteacute de ce pic (λ = 291 nm) diminue mais ne srsquoannule pas alors que la

solution est claire On peut dire eacutegalement que cette deacutegradation des cycles benzegravene

persistants est due au temps de reacuteaction trop court

4- Effet de la concentration du H2O2

a) En Absence de Fer

En utilisant deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

nous

avons varieacute les concentrations du H2O2 de 1 agrave 6 mg L-1

en absence du fer agrave un pH = 3 et agrave

tempeacuterature ambiante Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacutes sur la figure ci-dessous

Figure 19 Deacutegradation du BM par H2O2 seul

Quel que soit la concentration du BM 10 mg L-1

ou 40 mg L-1

lrsquoeffet du H2O2 sur la

deacutegradation du colorant est pratiquement nulle En effet apregraves un temps arbitraire de 20 min

de traitement on remarque un taux drsquoabattement de 17 pour la concentration en BM de 10

mg L-1

alors qursquoil est nul pour une concentration initiale de 40 mg L-1

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Il est donc clair que le pouvoir oxydant du H2O2 nrsquoest pas assez suffisant pour pouvoir

deacutegrader le BM En effet le H2O2 agrave un pouvoir oxydant de Edeg = 176 VENH par contre

celui drsquoOHbull est de 28 VENH

La mecircme conclusion a eacuteteacute observeacute par Naima (2008) sur lrsquoutilisation du H2O2 seul dans le

traitement des huiles drsquoolive (margines) Le reacutesultat a donneacute que le H2O2 seul pour des valeurs

de concentrations 3 et 20 g L-1

ne peut eacuteliminer totalement la margine de lrsquoeffluents drsquohuilerie

drsquoolive de concentration initiale de 1 g L-1

la moyenne de taux drsquoabattement obtenue ne

deacutepasse pas la valeur de 32 Yameogo (2013) a remarqueacute eacutegalement que lrsquoutilisation du

H2O2 seul nrsquoa eu aucune influence sur la deacutegradation de lrsquoamarante par proceacutedeacute photo-fenton

et heacuteteacuterogegravene avec charbon actif la concentration nrsquoa pas varieacute tout au long du traitement

b) En preacutesence du Fer

Lrsquoefficaciteacute du traitement est donc tributaire de lrsquoexistence de deux entiteacutes H2O2 et Fe2+

En

effet Bach et al (2010) ont utiliseacute le Fe2+

pour traiter lrsquoeau industrielle ils ont trouveacute que le

fer a permis de mineacuteraliser 95 drsquoeacutethylegravene-glycol et 85 de pheacutenol dans une eau industrielle

par proceacutedeacute Fenton Marciel et al (2004) ont remarqueacute que lrsquoapport de sulfate ferreux a

ameacutelioreacute la reacuteduction du COT de 45 agrave 55 lors drsquoune eacutetude drsquooxydation drsquoune solution

pheacutenolique par le proceacutedeacute photo-fenton

Pour la suite Nous avons maintenu la mecircme variation des concentrations en H2O2 (de 1 agrave 6

mg L-1

) mais en additionnant le fer industriel (sulfate ferreux) avec une concentration de 134

mg L-1

pour deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

agrave

tempeacuterature ambiante et agrave un pH eacutegale agrave 3 Ceci revient qursquoen solution le rapport R =

varie de 075 15 25 5 (Figure 20)

Figure 17 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Quel que soit la concentration initiale en BM ou en H2O2 lrsquoaddition du fer a entraineacute

lrsquoapparition de la deacutegradation graduelle de la coloration

Plus la concentration en H2O2 est importante plus la vitesse de deacutegradation augmente

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

[BM] mg L-1

10 40

Variation de H2O2 Rendement () Rendement ()

1 6730 5508

2 8522 7029

3 9769 9632

6 9954 9860

La figure 20 montre que taux de deacutecoloration en preacutesence du catalyseur devient plus

important avec lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 Il passe apregraves 60 min de

traitement de 6730 pour une concentration en H2O2 de 1 mg L-1

agrave 9954 pour celle de 6

mg L-1

Ceci est parfaitement preacutevisible puisque lrsquoexistence de lrsquoHydroxyde radicalaire principale

responsable de la deacutegradation est tributaire de la concentration initial en H2O2 (Eq2 sect 11)

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence de

la variation du H2O2

[BM] = 10 mg L-1

[BM] = 40 mg L-1

Ordre de la

reacuteaction k k

075 00036 00005 Ordre 2

15 00092 00007

25 0067 0065 Ordre 1

5 02879 0103

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Nous remarquons que lorsque la concentration en H2O2 augmente lrsquoordre partiel de la reacuteaction

change En effet pour des concentrations en H2O2 lt 3 mg L-1

la reacuteaction de deacutegradation est de

lrsquoordre 2 alors que pour des concentrations plus eacuteleveacutees elle est drsquoordre 1

Nadjette (2009) a montreacute que la deacutegradation du Meacutethyle Orange en preacutesence de dioxyde de

titane (TiO2) suit une cineacutetique drsquoordre 1 Redha (2011) a trouveacute eacutegalement lrsquoordre partiel de

la reacuteaction est eacutegal agrave 1 lors de son eacutetude sur le traitement du Rouge drsquoalizarine S et lrsquoOrange

G par proceacutedeacute drsquooxydation avanceacutee (POA)

Bennani et al (2010) ont eacutelimineacute le bleu de meacutethylegravene en solution aqueuse par lrsquoargile de Safi

(Maroc) Les reacutesultats ont montreacute que le pseudo-second ordre peut deacutecrire le comportement

cineacutetique de lrsquoadsorption du bleu de meacutethylegravene sur lrsquoargile brute et celle purifieacutee Des reacutesultats

similaires ont eacuteteacute observeacutes Gurses et al (2006) et Tsai et al (2007)

Les valeurs de kapp obtenus pour une solution de concentration initiale en BM de 10 mg L-1

sont supeacuterieures agrave celles obtenues pour la solution de 40 mg L-1

et ce lagrave quel que soit lrsquoordre

de la reacuteaction ou la concentration en H2O2 en solution Ces valeurs augmentent avec

lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 et passe de 36 10-3

agrave 02879 et de 05 10-3

agrave 0103

pour une les solutions en BM de 10 et 40 mg L-1

respectivement

5- Effet de la concentration en fer

Pour la suite nous eacutetudierons lrsquoeffet de la concentration en Fer sur lrsquoefficaciteacute du traitement

du BM pour deux solutions de concentration 10 et 40 mg L-1

en BM Les essais ont eacuteteacute

reacutealiseacutes en maintenant constante la concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

et en faisant varieacute la

concentration en Fe2+

de 02 agrave 134 mg L-1

correspondant agrave une variation du rapport R =

de 5 agrave 30

Figure 18 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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En absence de fer aucune baisse dans la concentration en BM nrsquoest observeacutee Pourtant degraves

lrsquoajout drsquoune faible concentration (02 mg L-1

) entraine une diminution progressive de la

couleur au cours du temps Il est eacutegalement observeacute que quel que soit la concentration initiale

en BM le temps de deacutegradation (td) du colorant est inversement proportionnel agrave la

concentration en Fe2+

en solution En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

td

passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 alors que pour une concentration

de 40 mg L-1

il passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig22)

Figure 19 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer industriel

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction du rapport R

[BM] = 10 mg L

-1 [BM] = 40 mg L

-1

kapp kapp

OR

DR

E

1

par

rapport

agrave B

M 30 00027 00125

15 00061 00321

10 0026 00496

5 02879 0103

Nous remarquons que lrsquoeffet de lrsquoaugmentation de la concentration en Fe2+

en solution sur la

cineacutetique de deacutegradation du BM est beaucoup plus important pour des faibles concentrations

(10 mg L-1

) que pour les fortes concentrations (40 mg L-1

) En effet pour une variation de R de

30 agrave 10 kapp eacutevolue de 27 10-4

min agrave 26 10-2

min soit un facteur 100 pour une concentration

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en BM de 10 mg L-1

alors qursquoelle eacutevolue de 00125 agrave 005 soit un facteur 4 pour une

concentration en BM de 40 mg L-1

Drsquoapregraves ces reacutesultats on peut conclure drsquoune faccedilon geacuteneacuterale que la preacutesence drsquoune forte

concentration du catalyseur favorise la formation des radicaux OHbull principaux responsable de

la deacutegradation du BM Pourtant il a eacuteteacute montreacute dans plusieurs eacutetudes (Brillas et al 2004

Diagne 2006 Oturan et al 1999) que le Fe2+

ajouteacute agrave forte dose entraine une perte du

rendement du proceacutedeacute puisque le Fe2+

en plus de son rocircle de catalyseur peut jouer un rocircle de

destructeur crsquoest-agrave-dire qursquoil piegravege les OHbull produits

Lrsquoeacutelimination des polluants reacutefractaires est donc tributaire de la preacutesence des ions meacutetallique

sauf qursquoil neacutecessite un apport important en Fe2+

ce qui entraine un coucirct (Bouafia 2010)

Crsquoest pour cette raison que nous avons opteacute pour lrsquoutilisation de la lateacuterite en faisant une

attaque acide afin drsquoextraire le fer pour traiter le BM

II- UTILISATION DE LATERITE

Les eacutechantillons de la lateacuterite choisie se preacutesentent tous sous forme de poudres de couleur

ocre Lrsquoapplication drsquoun proceacutedeacute qui neacutecessite des quantiteacutes preacutecis de fer est un peu difficile

pour un pays dont le taux drsquoalphabeacutetisation est seulement de 218 et un seuil de pauvreteacute

(PIB par habitant est eacutegal agrave 1500 $) En effet lrsquoajout drsquoune forte concentration du catalyseur

dans la solution agrave traiter peut diminuer lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute Fenton Lrsquoanalyse DRX a

montreacute que la lateacuterite existante au Burkina-Faso est riche en fer En effet pour la reacutegion de

Dano le pourcentage en fer atteint 44 en masse alors que pour Koubri il est de 31

La premiegravere question auquel on srsquoeacutetait poseacute est si le fer eacutetait facilement ex tractable ou bien il

neacutecessite une mineacuteralisation preacutealable

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

La figure ci-dessous montre lrsquoallure de lrsquoeffet de lit de lateacuterite de Dano drsquoune part et celui de

Koubri drsquoautre avec ajustement de pH dans une solution du BM de concentration 40 mg L-1

en maintenant ma concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

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Figure 20 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

Nous observons que la solution du BM en contact avec le lit de Dano se deacutegrade plus vite que

celle en contact avec le lit de lateacuterite de Koubri Cela est ducirc au fait que la lateacuterite de Dano

libegravere plus facilement sa phase ferrique par rapport agrave celle de Koubri

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri)

Dans ce cadre nous avons compareacute lrsquoeffet drsquoun lit de lateacuterite (ajustement du pH) et une lateacuterite

attaqueacutee avec du H2SO4 sur une solution du BM agrave 40 mg L-1

La concentration en H2O2 eacutetant

maintenue agrave 6 mg L-1

(figure 24)

Figure 21 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri

La figure 24 montre que la quantiteacute de colorant deacutegradeacutee deacutecroit plus rapidement dans le cas

de lrsquoattaque acide Ce comportement est ducirc qursquoelle libegravere plus de Fe2+

en solution Le Fe2+

en

contact avec le H2O2 forme les radicaux hydroxyles (OHbull) pour le traitement des polluants

organiques par le proceacutedeacute Fenton

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

[BM] mg

L-1

Dano Koubri

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Rendement

()

4394 9991 364 9685

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Le taux drsquoabattement du BM par lrsquoattaque acide sur la lateacuterite de Dano est de 9991 apregraves

un temps de manipulation de 5 heures alors que celui du lit de lateacuterite (ajustement du pH) est

de 4394 pour le mecircme intervalle de temps

Cette diffeacuterence de rendement entre les lits de deux lateacuterites (Dano 4394 et Koubri

364) est due que la lateacuterite de Dano libegravere plus facilement sa phase ferrique que celle de

Koubri Etant donneacute que les phases ferriques sont les mecircmes pour les deux lateacuterites on

pourrait conclure que la diffeacuterence provient aussi du fait que la lateacuterite de Dano est beaucoup

plus riche en fer Ce qui facilite son extraction et que pour Koubri la phase Anastase en TiO2

pourrait gecircner son extraction

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et

Koubri)

Nous avons compareacute lrsquoefficaciteacute de 3 acides (sulfurique laquoH2SO4raquo chlorhydrique laquoHCl raquo et

nitrique laquoHNO3raquo) pour lrsquoextraction du fer des lateacuterites La concentration de la solution du

BM utiliseacutee est de 40 mg L-1

la concentration en H2O2 est toujours maintenue agrave 6 mg L-1

Figure 22 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri

La figure 25 montre que la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est la plus efficace pour la

deacutecoloration de la solution En effet Pour la lateacuterite de Dano le td est de 40 mn pour le H2SO4

et drsquoune heure (1h) et 1h30 pour le HNO3 et le HCl respectivement Pour celle de Koubri le

td de la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est drsquoune heure (1h) tandis que pour des deux autres

acides HCl et HNO3 les td sont respectivement de deux (2h) et quatre heure (4h)

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri

[BM] mg L-1

Dano Koubri

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Rendement () 9991 9890 9797 9685 9593 9223

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On peut deacuteduire que lrsquoefficaciteacute de lrsquoattaque acide par le H2SO4 utiliseacute pour extraire le fer de

la lateacuterite est due au caractegravere diacide (H2SO4)

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri)

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig26)

Figure 23 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer extrait de la lateacuterite

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction des attaques acides (Dano et Koubri)

Attaque acide Dano Koubri

kapp

OR

DR

E 1 par

rapport

agrave B

M

HCl 00127 00094

HNO3 00131 00096

H2SO4 00142 00194

Nous remarquons que lrsquoutilisation de la lateacuterite de Dano ne change pas lrsquoordre apparent de la

vitesse de deacutegradation qui reste eacutegale 1 La valeur de kapp varie de 127 10-2

min-1

pour HCl et

142 10-2

min pour H2SO4 ce qui confirme bien le reacutesultat obtenu pour la figure 19

Pour la lateacuterite de Koubri la valeur de kapp varie de 910-3

min-1

pour HCl et 194 10-2

min-1

pour H2SO4

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5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer

de la lateacuterite (Dano et Koubri)

Sur la figure 27 nous avons superposeacute les reacutesultats obtenus pour la deacutegradation drsquoune solution

de 40 mg L-1

du BM en preacutesence de 6 mg L-1

de H2O2 avec lrsquoajout de Fer extrait de la lateacuterite

de Dano et Koubri drsquoune part et le fer industriel drsquoautre part

Figure 24 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel

Il est montreacute que le taux de deacutegradation obtenu est perceptiblement le mecircme seule reste un

handicap le temps de traitement 20 min pour le fer industriel 40 min pour le fer extrait de la

lateacuterite de Dano et 1h pour celui de Koubri

Le traitement par la lateacuterite de Dano est efficace et preacutesente donc un avantage certains

puisqursquoil permet de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du BM par rapport agrave celui par la lateacuterite de

Koubri qui deacutegrade seulement que 9796

Beaucoup drsquoeacutetudes ont eacuteteacute faites sur lrsquoeacutelimination du bleu de meacutethylegravene En utilisant le

charbon actif commercial CECA40 de granulomeacutetrie infeacuterieure agrave 125 μm Houas et al (1999)

ont eacutelimineacute 93 du BM dans lrsquoeau pour un temps de contact de 5heures Kumar and

Tamilarasan (2013) ont utiliseacute 01g de charbon actif agrave base des graines drsquoacacia pour eacuteliminer

9312 de BM Bennani et al (2010) ont eacutetudieacute lrsquoadsorption BM sur lrsquoargile brute et

purifieacutee Ils ont montreacute que le processus drsquoadsorption est tregraves rapide et que 95 de la quantiteacute

adsorbeacutee est atteinte pendant les dix premiegraveres minutes Talidi (2006) a utiliseacute la pyrophyllite

(argile) il a montreacute que lrsquoadsorption du BM est de lrsquoordre de 7845 6658 et 5471

respectivement pour les concentrations initiales de 75 225 et 374ppm Sassi and Bennour

(2011) ont utiliseacute le traitement biologique par Biosorption du BM par Pseudomonas

Aeruginosa isoleacute agrave partir drsquoune boue de laiterie a montreacute un taux drsquoeacutelimination du BM variant

de 45 agrave 55 aux valeurs de pH = 7 et 8

Nous pouvons dire que le traitement par la lateacuterite a permis de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du

BM par rapport aux eacutetudes faites en utilisant drsquoautres mateacuteriaux et que la lateacuterite recouvre

000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 100 200 300

[BM

] mg

Lˉˡ

temps de traitement (mn)

Attaque acide

(Dano)

Attaque acide

(Koubri)

Fer industriel

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33 du continent mondial ce qui pourrait rendre son utilisation moins chegravere par rapport aux

autres traitements (Fer industriel Charbon actifhellip) puis qursquoon nrsquoa pas fait une eacutetude

eacuteconomique pour voir son cout

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CONCLUSION

Ce travail qui a porteacute sur la deacutegradation du colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute

Fenton en comparant les performances obtenues entre lrsquoutilisation du fer industriel (Fenton

classique) et le fer extrait de la lateacuterite ont montreacute que

Pour lrsquoutilisation du fer industriel la deacutegradation du BM est obtenue agrave une valeur de 3 pour

une variation du rapport des concentrations R de 15 agrave 5 et que lrsquoutilisation du peroxyde (H2O2)

seul ne peut pas deacutegrader le BM car son pouvoir oxydant nrsquoest pas assez suffisant pour

pouvoir deacutegrader le colorant Lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute est donc intimement lieacutee agrave lrsquoexistence de

deux reacuteactifs En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

le temps de deacutecoloration

(td) passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 et pour celle de 40 mg L-1

il

passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R Le traitement du BM par proceacutedeacute

fenton est donc tributaire de lrsquoutilisation de Fe2+

Afin de minimiser le coucirct du traitement et surtout voir lrsquoefficaciteacute du traitement en utilisant la

lateacuterite nous avons essayeacute de remplacer le fer industriel par le fer extrait de la lateacuterite

provenant de deux reacutegions du Burkina-Faso Dano et Koubri

Les reacutesultats obtenus par lrsquoutilisation du fer de la lateacuterite sont inteacuteressants pour des eacutetudes sur

drsquoautres colorants En effet le lit de lateacuterite avec ajustement du pH a permis une deacutegradation du

colorant de 44 pour un temps de traitement de 5h tandis que le traitement par lrsquoattaque acide

lui a deacutegradeacute le BM de pregraves que 100 En effet les taux drsquoabattements pour lrsquoattaque acide de

la lateacuterite de Dano et de Koubri sont respectivement de 99 au bout de 40 min et de 97 pour

une manipulation drsquoenviron 1 h

Cette eacutetude sur la deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en utilisation le fer de la lateacuterite

nous a permis de montrer qursquoil est possible de simplifier de point de vue utilisation et coucirct le

proceacutedeacute Fenton pour les colorants syntheacutetiques drsquoeffluents industriel

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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PERSPECTIVES

En perspectives il serait inteacuteressant

De faire une eacutetude approfondi pour voir le cout du traitement du proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite

Essayer de traiter drsquoautres familles de colorants en utilisant la lateacuterite attaqueacutee par

lrsquoacide pour voir lrsquoefficaciteacute du systegraveme

Appliquer le traitement sur des effluents textiles reacuteels

Imaginer un systegraveme de traitement agrave grand eacutechelle

Essayer le traitement sur drsquoautres polluants reacutecalcitrant PCB pheacutenol pesticides

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Page 14: Dégradation des effluents textiles (cas d’un colorant

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Le second chapitre abordera la partie mateacuterielles et meacutethodes Nous deacutecrirons les

protocoles expeacuterimentaux le mateacuteriel et les reacuteactifs employeacutes ainsi que les meacutethodes

expeacuterimentales utiliseacutees

Le troisiegraveme chapitre est consacreacute aux reacutesultats obtenus accompagneacutes drsquoune

discussion afin de comparer nos reacutesultats aux autres eacutetudes faites sur la deacutegradation du

bleu de meacutethylegravene (BM) par drsquoautres mateacuteriaux

Une conclusion geacuteneacuterale ainsi que quelques perspectives seront preacutesenteacutees en fin du

document

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE I REVUE BIBLIOGRAPHIQUE

I- LES COLORANTS (Caracteacuteristiques classification et toxiciteacute)

1- Historique des colorants

Depuis le deacutebut de lrsquohumaniteacute les colorants appliqueacutes dans pratiquement toutes les activiteacutes

humaines (peinture teinture du papier de la peau et des vecirctements) eacutetaient drsquoorigines naturelles

et veacutegeacutetales Ces colorants sont tous des composeacutes aromatiques qui proviennent essentiellement

des plantes tel que lrsquoalizarine et lrsquoindigo Lrsquoindustrie des colorants syntheacutetiques est neacutee en 1856

quand le chimiste anglais W H Perkin dans une tentative de synthegravese de la quinine artificielle

pour soigner la malaria a obtenu la premiegravere matiegravere colorante syntheacutetique qursquoil appela

mauve (aniline colorant basique) Apregraves la deacutecouverte de la mauve de nouveaux colorants

ont commenceacute agrave paraitre sur le marcheacute (Jaussaud 1993)

Au deacutebut du 20egraveme

siegravecle les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels Selon Mansour et al (2010) la production mondiale des colorants est

estimeacutee agrave plus de 800000 tonnesan

2- Deacutefinition des colorants

Un colorant est une substance coloreacutee qui interagit avec le milieu dans lequel elle est introduite

et le colore en srsquoy dissolvant etou dispersant lui confeacuterant la proprieacuteteacute de teindre Cette

proprieacuteteacute reacutesulte drsquoune affiniteacute particuliegravere entre le colorant et la fibre Selon le type

drsquoapplication et drsquoutilisation les colorants syntheacutetiques doivent reacutepondre agrave un certain nombre

de critegraveres afin de prolonger la dureacutee de vie des produits coloreacutes sur lesquels ils sont appliqueacutes

Ces critegraveres sont la reacutesistance agrave lrsquoabrasion la stabiliteacute photolytique des couleurs la reacutesistance

agrave lrsquooxydation chimique (notamment les deacutetergents) et aux attaques microbiennes(Pagga and

Brown 1986) et (Zawlotzki Guivarch 2004)

3- Classification des colorants syntheacutetiques

Les matiegraveres colorantes se caracteacuterisent par leur capaciteacute agrave absorber les rayonnements lumineux

dans le spectre visible (de 380 agrave 750 nm) La transformation de la lumiegravere blanche en lumiegravere

coloreacutee par reacuteflexion sur un corps ou par transmission ou diffusion reacutesulte de labsorption

seacutelective deacutenergie par certains groupes datomes appeleacutes chromophores la moleacutecule colorante

eacutetant le chromogegravene Dautres groupes datomes du chromogegravene peuvent intensifier ou changer

la couleur due au chromophore ce sont les groupes auxochromes (Barka 2008)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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4- Les colorants aziniques (thiazines)

Les colorants thiazines sont analogues aux colorants oxazines sauf que lrsquoatome de soufre

remplace lrsquoatome drsquooxygegravene dans lrsquoanneau heacuteteacuterocyclique Ces colorants ont un noyau

phenazonium comme chromophore avec des groupes amineacutes en para par rapport au soufre

comme auxochrome Ils ont un intervalle de couleur du vert au bleu et ils sont stables agrave la

lumiegravere Ils sont utiliseacutes dans le domaine du textile meacutedecine pharmacie et biologie

Seulement cinq colorants thiazines sont connus et toujours fabriqueacutes azure A azure B azure C

thionine et bleu de meacutethylegravene

Le colorant thiazine le plus important est le bleu de meacutethylegravene deacutecouvert par Caro en 1876

Colorants doxazines Colorants thiazines

Oxazines

Thiazine

5- Toxiciteacute des colorants

La prise de conscience quant agrave la dangerositeacute de certains colorants a commenceacute vers 1890 ougrave

lrsquoon surveillait essentiellement les teneurs en cuivre en arsenic et en plomb dans les colorants

syntheacutetiques ou mineacuteraux Cependant bien que des toxicologues aient auparavant mis en

eacutevidence chez les animaux le risque de cancer lieacute agrave lrsquoingestion de certains colorants azoiumlques

rouges ce nrsquoest qursquoapregraves la deuxiegraveme (2egraveme

) guerre mondiale que des seacuterieux tests biologiques

ont abouti agrave la remise en cause de la plupart des colorants utiliseacutes Une reacuteglementation plus

exigeante a eacuteteacute instaureacutee en 1960 concernant le test de toxicologique des colorants mis sur le

marcheacute Pour le cas du Burkina-Faso il yrsquoa un deacutecret ndeg2001-185 (article 12) portant

interdiction de rejet dans lrsquoenvironnement de certaines substances canceacuterigegravenes dans

lrsquoenvironnement

6- Proprieacuteteacutes physico-chimiques du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene colorant azinique (thiazine) de la famille basique ou cationique aussi

appeleacute chlorure de bis-(dimethylamino)- 37 phenazathionium est soluble dans lrsquoeau (50 g L-1

) et

moins soluble dans lrsquoalcool (10 g L-1

) Sa formule chimique est C16H18ClN3S une masse molaire

de 319852 g mol-1

se preacutesente sous forme drsquoune poudre cristalline drsquoun bleu fonceacute est un deacuteriveacute

azoteacute (Fig1)

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 1 Bleu de meacutethylegravene et sa structure chimique

Il est couramment utiliseacute comme modegravele de contaminant organique en raison de sa structure

moleacuteculaire stable Dans la reacuteaction de reacuteduction le BM se transforme en leuco meacutethylegravene

incolore due agrave la perte du doublet libre de lrsquoazote et introduction drsquoun atome drsquohydrogegravene

Le BM sous sa forme incolore est

(Eq 1)

bleu de meacutethylegravene chlorure de meacutethylthioninium

S

N

N NCl-

hydroxyde de meacutethylthioninium

S

N

N N HO

Figure 2 Forme incolore du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene est le colorant le plus couramment utiliseacute dans la teinture du coton du bois

et de la soie Il peut provoquer des brucirclures oculaires responsables de blessures permanentes aux

yeux de lrsquohomme et des animaux Son inhalation peut donner lieu agrave des difficulteacutes respiratoires

entrainer des cas drsquoaneacutemie apregraves une absorption prolongeacutee et son ingestion par la bouche produit

une sensation de brucirclure provoque des nauseacutees des vomissements transpiration et sueurs

froides abondantes (Ghosh and Bhattacharyya 2002) Il est aussi est toxique pour les algues et

les petits crustaceacutes agrave partir des concentrations de 01 mg L-1

et 2 mg L-1

respectivement (Ounissa

1996 Meink et al 1997)

Le traitement des rejets industriels contenant ce type de colorant srsquoavegravere drsquoun grand inteacuterecirct

II- TRAITEMENT DES REJETS TEXTILES

1- Geacuteneacuteraliteacutes sur les meacutethodes de traitements

Le traitement des rejets textiles compte tenu de leur heacuteteacuterogeacuteneacuteiteacute de composition conduira

toujours agrave la conception drsquoune chaine de traitement assurant lrsquoeacutelimination des diffeacuterents

polluants par des eacutetapes successives La premiegravere eacutetape consiste agrave eacuteliminer la pollution par

lrsquointermeacutediaire de preacutetraitement (deacutegrillage dessablage deacuteshuilage etc) etou de traitement

physique ou physico-chimique assurant une seacuteparation solide-liquide Drsquoapregraves Barclay and

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Buckley (2000) les techniques de deacutepollution intervenant le plus courant en deuxiegraveme eacutetape

dans les industries se divisent en trois cateacutegories

1- Biologique

Traitement aeacuterobie

Traitement anaeacuterobie

2- Physique

Meacutethode de preacutecipitation (coagulation floculation seacutedimentation)

Adsorption (sur charbon actif)

Osmose inverse filtration sur membrane

3- Chimique

Oxydation (oxygegravene ozone oxydants tels que le H2O2 NaOCl)

Reacuteduction (Na2S2O2)

Meacutethode de complexomeacutetrique

Reacutesine eacutechangeuse drsquoions

A- Meacutethodes biologiques

Lrsquoavanceacutee technologique a permis la conception des systegravemes de traitement biologique

perfectionneacutes en se basant sur lrsquoautoeacutepuration naturelle des eaux Ces proceacutedeacutes biologiques se

font selon deux modes traitements en aeacuterobie (en preacutesence de lrsquooxygegravene) et traitement en

anaeacuterobie (les microorganismes deacutegradent la matiegravere organique en absence de lrsquooxygegravene)

Les proceacutedeacutes drsquoeacutepuration par voie biologique sont baseacutes sur la transformation microbienne des

colorants La plupart des colorants azoiumlques sont tregraves stables et non biodeacutegradables Beaucoup

drsquoeacutetudes ont deacutemontreacute la biodeacutegradation partielle ou complegravete de certains colorants par voie

biologiques (Adnosinda et al 2003) et (Lopez et al 2004) Mecircme si ces techniques sont

adapteacutees agrave un nombre de polluants organiques elles ne sont pas toujours applicables sur les

effluents textiles industriels en raison de fortes concentrations de polluants de leur toxiciteacute qui

entrainent la destruction des microorganismes ou des boues biologiques agrave traiter

B- Meacutethodes physiques

Lorsque les eaux useacutees ne se precirctent pas agrave une deacutepollution par voie biologique (effluent peu ou

pas biodeacutegradable tempeacuterature trop faible valeurs extrecircmes de pH preacutesence de toxiques)

des proceacutedeacutes physico-chimiques classiques permettent de compenser soit en se substituant

totalement agrave lrsquoeacutepuration par voie biologique soit en traitement compleacutementaire On peut citer

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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par exemple la coagulation-floculation suivie drsquoune deacutecantation (clarification) lrsquoadsorption sur

charbon actif lrsquoeacutechange drsquoions ou la filtration membranaire

B1- Coagulation-floculation

Sous le terme de coagulationndashfloculation on entend tous les processus physico-chimiques par

lesquels des particules colloiumldales ou des solides en fine suspension sont transformeacutes par des

floculants chimiques en espegraveces plus visibles et seacuteparables (les flocs) Les flocs formeacutes sont

ensuite seacutepareacutes par deacutecantation et filtration puis eacutevacueacutes Les coagulants inorganiques tels que

lrsquoalun (Al2(SO4)314H2O) donnent les reacutesultats plus que satisfaisants pour la deacutecoloration des

effluents textiles contenant des colorants disperseacutes de cuve et soufreacutes mais sont totalement

inefficaces pour les colorants azoiumlques acides et basiques (Barclay and Buckley 2000) et

(Vendevivere et al 1998) Par ailleurs la coagulationndashfloculation ne peut ecirctre utiliseacutee pour les

colorants fortement solubles dans lrsquoeau comme le cas du BM

Le principal deacutesavantage de cette technique est qursquoelle geacutenegravere une importante quantiteacute de boue

entrainant des investissements suppleacutementaires

B2- Filtration membranaire

Dans ce proceacutedeacute les polluants sont retenus par une membrane semi permeacuteable dont le diamegravetre

des pores est infeacuterieur agrave celui des moleacutecules agrave eacuteliminer Cette technique est largement utiliseacutee

dans le domaine de lrsquoeau potable et le dessalement La filtration sur membrane sous lrsquoeffet

drsquoune pression hydraulique se deacutecline en microfiltration lrsquoultrafiltration la nano filtration et

lrsquoosmose inverse Parmi les quatre types de proceacutedeacutes la nano filtration et lrsquoosmose inverse sont

les plus adapteacutes agrave la reacuteduction partielle de la couleur et des petites moleacutecules organiques

(Taylor and Jacobs 1996) (Calobro et al 1990) En effet la nano filtration srsquoapplique surtout

au traitement des bains de teinture de colorants reacuteactifs en agissant comme un filtre moleacuteculaire

tandis que la microfiltration retient les mateacuteriaux colloiumldaux tels que les colorants disperseacutes ou

de cuve gracircce agrave une laquomembrane eacutecranraquo (Van der Bruggen et al 2003) Lrsquoultrafiltration ne

srsquoapplique qursquoagrave la reacuteduction de DCO et des solides en suspension (Anselme and Jacobs 1996)

et nrsquoest reacuteellement efficace qursquoen combinaison avec la coagulationfloculation

B3- Adsorption sur charbon actif et autres mateacuteriaux

Le polluant est transfeacutereacute de la phase liquide vers la phase solide lors de lrsquoadsorption Le

charbon actif eacutetant consideacutereacute comme lrsquoadsorbant le plus efficace pour la reacuteduction de la

couleur est limiteacute pour lrsquoeacutelimination de certains colorants Seuls les cationiques colorant agrave

mordant disperseacutes ou dits de cuve sont eacutelimineacutes par cette technique (Raghavacharya 1997)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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C- Meacutethodes chimique

Les techniques drsquooxydation chimiques sont geacuteneacuteralement appliqueacutees quand les proceacutedeacutes

biologiques sont inefficaces Elles peuvent ecirctre ainsi utiliseacutees pour les proceacutedeacutes biologiques en

eacutetapes de preacutetraitement afin de diminuer la charge polluante Lrsquooxydation chimique est

eacutegalement appliqueacutee pour le traitement des organiques dangereux preacutesents en faibles

concentrations et des effluents chargeacutes de constituants reacutesistants aux meacutethodes de

biodeacutegradation Le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) le Cl2 et O3 sont les reacuteactifs les plus souvent

utiliseacutes pour ce type de traitement Le H2O2 est un oxydant moyennement fort et son application

pour le traitement des polluants organiques et inorganiques est bien eacutetablie (Neyens et al

2003) Mais lrsquooxydation par H2O2 nrsquoest pas suffisamment efficace pour de fortes concentrations

en colorant Hamada et al (1998) ont proposeacute de traiter les colorants azoiumlques par hypochlorure

de sodium Cependant si la moleacutecule initiale est deacutetruite les halogegravenes sont susceptibles de

former des trihalomeacutethanes comme sous-produits de deacutegradation lesquels sont canceacuterigegravenes

pour lrsquoHomme

Drsquoougrave la neacutecessiteacute drsquoutiliser des produits drsquooxydation encore plus performant comme les

proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutes (POA)

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation

Avanceacutee (POA)

Lrsquoindustrialisation intensive qui a vu le jour au cours du dernier siegravecle a causeacute lrsquoapparition dans

lrsquoenvironnement de polluants eacutemergents reacutefractaires qui sont reconnus canceacuterigegravenes et

mutagegravenes Dans lrsquooptique de limiter la pollution de lrsquoenvironnement des strateacutegies de

traitement efficaces et eacutecologiques ont eacuteteacute deacuteveloppeacutees Parmi ces strateacutegies se trouve

lrsquoapplication des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee (POA) Figure 3

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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Il srsquoagit de proceacutedeacutes de traitement oxydatif qui peuvent ecirctre subdiviseacutes en quatre groupes

(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse

utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et reacutepondent aux

critegraveres suivant (Suty et al 2003)

Ne pas induire de pollution secondaire

Non toxique

Non corrosif pour les eacutequipements

Etre le plus rentable possible

Etre relativement le plus simple agrave manipuler

Les OHbull sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse utiliser dans le domaine des

eaux et des effluents industriels avec une vitesse drsquooxydation (109

fois plus eacuteleveacutee) agrave celle de

lrsquoozone et son potentiel drsquooxydation est de 28 VENH (Parsons 2004) Tableau 1

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique

Oxydant Pouvoir oxydant Edeg (VENH)

OHbull 280

Oo 242

O3 207

H2O2 (milieu acide) 178

Cl2 136

O2 123

Plusieurs secteurs ont utiliseacutes ces proceacutedeacutes pour traiter leurs eaux par exemple Parsons (2004)

lrsquoa utiliseacute pour le traitement des eaux de surface et souterraines Martinez-Huitle and Ferro

(2006) lrsquoont utiliseacute pour le traitement des eaux industrielles Hayet (2011) lrsquoa testeacute dans

lrsquoeacutelimination du 4- chloropheacutenol Hsing et al (2007) et Wu and Chang (2006) ont lrsquoutiliseacute pour

deacutecolorer les eaux des industries textiles Bouafia (2010) a utiliseacute le proceacutedeacute drsquooxydation

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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avanceacutee baseacutee sur le reacuteactif de fenton pour deacutegrader les colorants textiles Derradji (2012) a

coupleacute le POA avec un traitement biologique pour le traitement des eaux useacutees industrielles

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

)

Fenton avait deacutecrivit agrave la fin du XIX egraveme

siegravecle que le fer ferreux (Fe2+

) favorisait fortement

lrsquooxydation de lrsquoacide maleacuteique par le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) en milieu acide (Fenton

1894) Des travaux ulteacuterieurs ont montreacute que la combinaison de H2O2 et de Fe2+

nommeacute

laquo Reacuteactif de Fenton raquo eacutetant un oxydant efficace pour une grande varieacuteteacute de substrats

organiques notamment les pheacutenols les pesticides les aromatiques polycycliques et des

colorants en particulier les azoiumlques (Spadaro et al 1994 Benitez et al 2001 De Heredia et

al 2001) Quarante (40) ans plus tard Haber and Weiss (1934) identifiaient le radical

Hydroxyl comme eacutetant lrsquoespegravece oxydante de la reacuteaction preacutesenteacutee ci-dessous et communeacutement

appeleacutee reacuteaction de Fenton

(Eq2)

Le fer ferrique geacuteneacutereacute peut ensuite reacuteagir avec le peroxyde drsquohydrogegravene pour redonner le fer

ferreux

(Eq3)

La vitesse de deacutecomposition de H2O2 par le Fer II augmente lorsque le pH augmente (le 5) car

dans cette gamme de pH la forme preacutedominante Fe(OH) 2+

est beaucoup plus reacuteactive que lrsquoion

Fe2+

(Kuo 1992)

Lrsquoeacutetude de la deacutepollution des effluents textiles coloreacutes par le proceacutedeacute Fenton (systegraveme H2O2

Fe2+

) a eacuteteacute reacuteveacuteleacutee tregraves efficace et plusieurs eacutetudes ont montreacute que le taux de mineacuteralisation des

colorants syntheacutetiques augmente avec lrsquoaugmentation des doses des reacuteactifs et du temps de

reacuteaction Le rapport des reacuteactifs R =

et le rapport

joue aussi un rocircle important

dans la vitesse de deacutegradation de colorants de deacutepart et sur le taux de mineacuteralisation (Kuo

1992)

Le proceacutedeacute Fenton possegravede trois (03) caracteacuteristiques attractives pour le traitement des

composeacutes organiques (Redha 2011)

Les radicaux hydroxyles OHbull produits reacuteagissent tregraves rapidement (10

9 fois plus reacuteactif

que le O3)

Les reacuteactifs sont simples agrave manipuler et sans danger pour lrsquoenvironnement

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Les produits finaux de deacutegradation (H2O CO2 ions mineacuteraux et hydroxydes ferriques)

nrsquointroduisent pas une pollution suppleacutementaire

Le proceacutedeacute de Fenton est composeacute geacuteneacuteralement de quatre eacutetapes principales ajustement du

pH oxydation neutralisation et coagulationpreacutecipitation Pour lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute la

reacuteaction de fenton ne peut se produire qursquoagrave un pH voisin ou eacutegal agrave 3 ce qui reacutesulte un ajout des

solutions acides Au-delagrave des valeurs de pH comprises entre 3 et 4 le fer (Fe2+

ou Fe3+

) est

susceptible de preacutecipiter et former des hydroxydes de fer induisant ainsi une faible activiteacute

catalytique Le milieu doit ecirctre approvisionneacute drsquoune maniegravere continue Ce qui peut alourdir les

couts de traitement

Le proceacutedeacute Fenton est consideacutereacute aujourdrsquohui comme le proceacutedeacute dont sa mise en œuvre est facile

et plus utiliseacute dans le monde pour le traitement drsquoeffluents industriels textiles mais le proceacutedeacute

est limiteacute par le manque de geacuteneacuteration du catalyseur qui neacutecessite geacuteneacuteralement un apport

constat en reacuteactif et qui contraint de ce fait agrave lrsquoapprovisionner en continu le milieu en peroxyde

drsquohydrogegravene (H2O2) tregraves couteux

III- LA LATERITE

Le Burkina-Faso est un pays de lrsquoAfrique occidentale avec une superficie de 274 000 kmsup2 et le

recouvrement lateacuteritique est un caractegravere dominant des paysages peacuteneacuteplaines ou tabulaires qui

caracteacuterisent sa plus grande partie Les lateacuterites se preacutesentent sous forme de plateaux eacutetendus

buttes teacutemoins cuirasses indureacutes etc Lrsquoeacutepaisseur de ces lateacuterites varie selon la nature des

formations sur lesquelles elles se reposent

La lateacuterite (du latin later brique) est une roche rouge ou brun qui se forme par alteacuteration des

roches sous les climats tropicaux Elle est constitueacutee du fer (Limonite ferrihydrite geothite

heacutematite) drsquoaluminium (Gibbsite cliachite boehmite) de titane de manganegravese et de

silicium On la trouve surtout en domaine intertropical et recouvre 33 des continents

Pour lrsquoeacutetude de la deacutegradation du colorant BM nous avons utiliseacute deux types de lateacuterite

provenant lrsquoune de la reacutegion de Koubri dans le Centre et contenant 314 de fer et lrsquoautre dans

la reacutegion Sud-Ouest du Burkina-Faso contenant 447 pour le traitement (Figure 4) Ces

lateacuterites ont eacuteteacute caracteacuteriseacutees au Laboratoire CRISMAT (Centre National de Recherche et de

Technologie Mateacuteriaux ENSI Caen) en France

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE

Lrsquoutilisation des substances organiques dans lrsquoindustrie sans traitement est la deacutegradation de la

qualiteacute des eaux qui se reacutepercute sur la santeacute de lrsquoecirctre humain Dans ce chapitre nous allons voir

les produits et mateacuteriels ainsi que la meacutethodologie expeacuterimentale utiliseacutes pour la deacutegradation du

colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute Fenton en phase homogegravene en utilisant le fer

industriel puis le fer extrait de la lateacuterite

Nous preacutesentons en premier lieu la technique du dosage du BM et les reacuteactifs utiliseacutes pour la

deacutegradation de notre colorant Nous eacutevoquons les techniques de caracteacuterisation de la lateacuterite par

diffraction des rayons X et analyse quantitative

I- PRODUITS ET MATERIELS

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite)

Pour lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite nous avons utiliseacute

certains reacuteactifs qui sont illustreacutes dans le tableau 2

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes

Produits Fournisseur Qualiteacute

Bleu de meacutethylegravene Fluka 96

Peroxyde drsquohydrogegravene

(H2O2)

Preacutepareacute par

Laboratoires Gilbert (CA 655-

301-3)

9

Acide sulfurique (H2SO4) Sigma-Aldrich (CA 7664-93-9) 95-97

Sulfate ferreux (FeSO4

7H2O

Fluka Chemika (CA44990) 98

Hydroxyde de Sodium

NaOH

Sigma Aldrich 32

Eau ultra-pure ou Milli-Q Polisseur drsquoeau du LEDES 0055 microScm ou 183

2- Mateacuteriels utiliseacutes

Les mateacuteriels utiliseacutes pour les suivis cineacutetiques de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite sont la spectrophotomeacutetrie DR 5000 la lateacuterite et les trois types drsquoacides

lrsquoacide sulfurique lrsquoacide chlorhydrique lrsquoacide nitrique pour lrsquoextraction du fer de la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM

Les eacutechantillons de lateacuterites utiliseacutees lors de ce travail ont eacuteteacute caracteacuteriseacutes au Laboratoire

CRISMAT (Centre National de Recherche Technologique Mateacuteriaux ENSI Caen) en France Ils

proviennent de deux reacutegions du Burkina-Faso (Dano et Koubri) contiennent respectivement 44

7 et 314 de fer et ont eacuteteacute obtenus par les analyses en diffraction des rayons X (DRX) et en

microscopie eacutelectronique agrave balayage (MEB)

Le principe de lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS

Lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS est une analyse quantitative en des points ou zones speacutecifiques dun

eacutechantillon en utilisant la spectromeacutetrie agrave seacutelection deacutenergie (EDS)

Son principe est que par lintermeacutediaire dun canon agrave eacutelectrons un faisceau deacutelectrons est envoyeacute

sur leacutechantillon En contact avec la matiegravere ces eacutelectrons interagissent de diffeacuterentes faccedilons

Le MEB-EDS du laboratoire va permettre dexploiter trois informations distinctes dont deux qui

vont ecirctre traduites en images

-Une image en eacutelectrons secondaires (SE) qui naicirct dune interaction entre les eacutelectrons du

faisceau et les eacutelectrons des couches eacutelectroniques de latome et qui nous donnera une

information topographique de leacutechantillon

- Une image en eacutelectrons reacutetrodiffuseacutes (BSE) qui reacutesulte de linteraction entre les eacutelectrons du

faisceau le noyau et le nuage eacutelectronique de latome et qui permettra de creacuteer une image par

contraste chimique

- Une troisiegraveme information que lon obtient est une analyse eacuteleacutementaire le microscope

eacutelectronique agrave balayage eacutetant coupleacute agrave un deacutetecteur de rayons X agrave dispersion deacutenergie

Le principe de lrsquoanalyse par Diffraction Rayon X (DRX)

La diffraction des rayons X est une technique danalyse fondeacutee comme son nom lrsquoindique sur la

diffraction des rayons X sur la matiegravere La diffraction des rayons X est un pheacutenomegravene

dinterfeacuterence constructive qui se produit quand un faisceau de rayons X (onde

eacutelectromagneacutetique) peacutenegravetre dans un cristal (empilement peacuteriodique datomes) Il peut donc

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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apparaitre quand on place un monocristal un poly-cristal ou une poudre devant une source de

rayons X Lemplacement des faisceaux diffracteacutes nous informe sur la peacuteriodiciteacute du (des) cristal

tandis que lintensiteacute de ces faisceaux nous informe sur la nature et la position des atomes

contenus dans le cristal La position des intensiteacutes diffracteacutees nous renseignera sur la taille de la

maille tandis que lintensiteacute nous permettra de calculer la position des atomes dans la maille

ainsi que leur nature Les proprieacuteteacutes chimiques ou physiques dun mateacuteriau deacutependent de la

position et la nature des atomes du cristal

Les caracteacuteristiques du diffractomegravetre des eacutechantillons de la poudre de lateacuterite analyseacutee sur un

diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 eacutequipeacute drsquoun monochromateur avant et drsquoun deacutetecteur Lynx-

Eye sont rassembleacutees dans le tableau et figures ci-dessous

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Position initiale [deg2Th] 10 0050

Position finale [deg2Th] 99 9910

Taille [deg2Th] 00110

Temps drsquoeacutetape de balayage [s] 1170

Fente de divergence Fixed

Fente de divergence [mm] 2

Tempeacuterature de mesure [degC] 21

Mateacuteriel drsquoanode Cu

K Alpha 1 [Aring] 154060

Geacuteneacuterateur 40 mA 40 kV

Monochromateur de rayon incident Oui

Rotation Non

Ouverture de deacutetecteur [deg] 35

Deacutetecteur de discrimination LL [V] 017

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri

Les diffeacuterentes phases des eacutechantillons de lateacuterites par lrsquoanalyse en diffraction RX sont

reacutecapituleacutees sur ce tableau

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

Phase Koubri Dano

-massique -massique

Phase majoritaire Kaolinite 333 36

Quartz 326 161

Deuxiegraveme sous-ensemble de phase Goethite FeO(OH) 211 352

Heacutematite Fe2O3 73 63

Ferrite

(fer-alpha)

3 32

Phase anatase TiO2 27

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene

La solution megravere du BM de concentration 1 g L-1

a eacuteteacute preacutepareacutee en mettant les cristaux dans un

litre drsquoeau distilleacutee Les solutions standard pour lrsquoeacutetablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage ont

eacuteteacute obtenues par des dilutions successives jusqursquoaux concentrations deacutesireacutees

Le suivi de lrsquoeacutevolution de la concentration du BM au cours du temps est fait par

spectrophotomeacutetrie UVVisible

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible

La spectrophotomeacutetrie est une technique analytique quantitative qui consiste agrave mesurer

lrsquoabsorbance ou la densiteacute optique drsquoune substance chimique donneacutee en solution La meacutethode

repose sur la loi de Beer-Lambert qui eacutenonce

Lorsqursquoune substance absorbe de la lumiegravere dans le domaine de lrsquoultra-violet et du

visible lrsquoeacutenergie absorbeacutee provoque des perturbations dans la structure eacutelectronique des

atomes ions ou moleacutecules Un ou plusieurs eacutelectrons utilisent cette eacutenergie pour sauter

drsquoun niveau de basse eacutenergie agrave un niveau de plus haute eacutenergie Ces transitions

eacutelectroniques se font dans le domaine de 350 agrave 800nm pour le visible et entre 200 agrave 350

nm pour lrsquoultra-violet

Un milieu homogegravene traverseacute par la lumiegravere absorbe une partie de celle-ci les

diffeacuterentes radiations constituant le faisceau incident sont diffeacuteremment absorbeacutees

suivant leur longueur drsquoonde et les radiations transmisses sont alors caracteacuteristiques du

milieu

Soit un rayon lumineux monochromatique de longueur drsquoonde λ traversant un milieu

homogegravene drsquoeacutepaisseur l Le taux de deacutecroissance de lrsquointensiteacute lumineuse en fonction de

lrsquoeacutepaisseur du milieu absorbant est donneacute par la loi de Lambert

A= log (

) (Eq4)

Avec

I0 intensiteacute initiale de la lumiegravere traverseacutee

I intensiteacute de la lumiegravere transmise

A absorbance

La spectrophotomeacutetrie UVVisible permet de suivre la deacutecoloration des solutions gracircce aux

absorbances qui eacutevoluent en fonction du temps de traitement Elle permet eacutegalement de suivre

lrsquoeacutevolution des ions gracircce agrave leurs diffeacuterents dosages

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM

a- Deacutetermination des longueurs drsquoondes drsquoabsorption maximale

Le spectre drsquoabsorbance du BM a eacuteteacute balayeacute entre 200 et 800 nm afin de suivre quantitativement

sa concentration Les pics de notre colorant sont obtenus agrave 661nm et 291nm (fig 8) Les

diffeacuterentes absorbances ont eacuteteacute deacutetermineacutees et une courbe deacutetalonnage a eacuteteacute traceacutee en utilisant

des solutions standard variant de 0 agrave 8 mg L-1

pour les deux longueurs drsquoondes

Figure 8 Spectre du Bleu de meacutethylegravene

b- Etablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage du BM

La concentration [Fx] des solutions eacutetalon varie de 1 agrave 8 mg L-1

Les volumes agrave preacutelever sont

calculeacutes en appliquant lrsquoeacutequation suivante

(Eq5)

Avec [Fx] - Concentration de lrsquoeacutetalon

Vx - Volume drsquoeacutetalon agrave preacuteparer

[M] - Concentration de la solution megravere

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene

Solution Zero 1 2 3 4 5

Concentration [mgL-1] 0 2 3 4 6 8

Volume neacutecessaire [mL] 0 02 03 04 06 08

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Pour tracer la courbe drsquoeacutetalonnage nous avons introduit les diffeacuterents volumes dans des fioles de

100 mL ensuite nous avons compleacuteteacute agrave lrsquoeau distilleacutee jusqursquoau trait de jauge On a mis la

spectrophotomeacutetrie en marche et proceacutedeacute agrave la lecture du blanc puis successivement des solutions

eacutetalons

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm)

Solution 0 1 2 3 4 5

Con (mg L-1

) 0 2 3 4 6 8

Absorbance (nm) pour λ = 661 0 085 13 18 23 3

Absorbance (nm) pour λ = 291 0 04 06 09 12 17

Figure 9 Courbe deacutetalonnage (λmax = 661 nm et λmax = 291 nm) variation de labsorbance en

fonction de la concentration du BM

4- Preacuteparation des solutions de fer

a- Solution de fer industriel

Le reacuteactif utiliseacute est le sulfate ferreux ou sulfate de fer (II) drsquoune poudre blanchacirctre agrave lrsquoeacutetat

anhydre dont la formule est FeSO4 7H2O Pour la preacuteparation du Fe2+

de concentration 3 g L-1

nous avons verseacute 3 g du sulfate ferreux anhydre dans une fiole de 1 L contenant 500 mL drsquoeau

milli-Q puis ajouter une (1) goutte drsquoacide sulfurique (H2SO4) concentreacute agrave 98 dans la fiole et

laisser agiter pendant 30 secondes Apregraves compleacuteter jusqursquoau trait de jauge et placer sous

agitation durant 1 h jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune solution de couleur rouge brique

b- Solution de fer de la lateacuterite

Pour la deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite les solutions de la lateacuterite

ont eacuteteacute preacutepareacutees de la maniegravere suivante

Pour le lit de lateacuterite nous avons preacuteleveacute

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

Compleacuteter drsquoeau milli-Q (eau ultra pure) jusqursquoau trait de jauge

y = 03938x

Rsup2 = 09869

0

05

1

15

2

25

3

35

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

661nm

y = 02094x

Rsup2 = 09972

0

02

04

06

08

1

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

291 nm

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Ajuster par la suite le pH de la solution agrave 3 avec lrsquoacide sulfurique (concentreacute agrave

95-97)

Figure 8 Lit de lateacuterite

Pour la lateacuterite attaqueacute par de lrsquoacide concentreacute pour lrsquoextraction du Fer

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

30 m L drsquoacide (HClHNO3H2SO4)

Ajouter avec prudence 20 mL drsquoeau milli-Q pour avoir 50 mL de solution

Preacutelever le surnageant pour le traitement du bleu de meacutethylegravene

Figure 9 Attaque acide de la lateacuterite

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton

Lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM srsquoest faite par trois diffeacuterentes eacutetapes

Une solution du BM est soumise agrave un traitement par proceacutedeacute Fenton en utilisant du H2O2

et le fer industriel (Fe2+

) ajustement du pH agrave 3 (Fig12)

Figure 10 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel

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Pour la deacutegradation du BM en utilisant la lateacuterite deux eacutetapes ont eacuteteacute imageacutes lrsquoune par

un lit de lateacuterite et lrsquoautre par la lateacuterite attaqueacutee par trois types drsquoacides (Fig13)

Figure 11 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM

Nous avons deacutetermineacute la cineacutetique de deacutecoloration agrave partir des valeurs des absorbances trouveacutees

agrave 661nm La deacutetermination de la constante de vitesse kapp permet de donner un ordre de

grandeur de la vitesse Expeacuterimentalement on peut montrer que la vitesse de reacuteaction bilan du

BM srsquoeacutecrit de la maniegravere suivante

Bleu de meacutethylegravene + OHbull rarr sous-produit du bleu de meacutethylegravene (Eq6)

Pour la cineacutetique drsquoordre 1

V = -

= kapp (Eq7) reacuteaction de pseudo ordre un laquo1 raquo

Avec

V vitesse de deacutegradation catalytique (mg L-1

h-1

)

kapp constante apparente de deacutegradation (min ou h-1

)

[BM] concentration du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

t temps de reacuteaction (h)

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

Ln (

) = kapp t (Eq8)

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Figure 12 Reacuteaction de pseudo ordre 1

Pour la cineacutetique drsquoordre 2

V = -

= kapp (Eq9) reacuteaction de pseudo ordre un laquo2 raquo

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

int

= - int

(Eq10)

(Eq11)

Figure 13 Reacuteaction de pseudo ordre 2

Pour le calcul des rendements ou taux drsquoabattement (τ) agrave lrsquoissu des eacutetudes cineacutetiques de

deacutegradation du BM nous avons utiliseacute cette formule ci-dessous

τ =

(Eq12)

Rsup2 = 09863

-070

-060

-050

-040

-030

-020

-010

000

0 2 4 6 8

ln (C

Co)

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 1

Rsup2 = 09499

0

0005

001

0015

002

0025

003

0 2 4 6 8

1C

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 2

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL

Tous les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes agrave tempeacuterature ambiante (25degC) Les concentrations du bleu de

meacutethylegravene choisies pour lrsquoexpeacuterience sont 10 et 40 mg L-1

1- Effet de pH du milieu

Etant donneacute que le proceacutedeacute Fenton est baseacute sur lrsquoeffet catalytique du Fer et plus preacuteciseacutement

du Fe2+

il nous est paru neacutecessaire de commencer lrsquoeacutetude par la deacutetermination du pH

optimale pour le proceacutedeacute Lrsquoajustement du pH du milieu srsquoeffectue agrave lrsquoaide drsquoune solution

drsquoacide sulfurique Ce choix est justifieacute par lrsquoexistence deacutejagrave au sein de la solution des ions

2-

suite agrave lrsquoaddition du Fe2+

sous la forme de FeSO4 7H2O

Les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes avec une concentration en BM de 20 mg L-1

un rapport R = 15

correspondant agrave des concentrations de 6 et 040 mg L-1

en H2O2 et Fe2+

respectivement et

pour des valeurs de pH variant entre 3 et 5 Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacute sur figure 16

Figure 14 Effet du pH

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t = 20

min)

pH Rendement ()

3 96

35 5245

4 6156

5 5509

000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 5 10 15 20

[BM

] m

gL

ˉˡ

temps de deacutegradation (mn)

pH = 3

pH = 35

pH = 4

pH = 5

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Drsquoapregraves le tableau preacutecegravedent nous observons que le pH favorable pour la deacutegradation du BM

par le proceacutedeacute Fenton est pH = 3 avec un taux de deacutegradation de 96 au bout de 20 min

De nombreux travaux sur les proceacutedeacutes Fenton ont montreacute que le pH 3 semble ecirctre la meilleure

valeur pour une deacutegradation optimale des polluants organique ((Tang and Huang 1996 Kuo

and Lo 1999) Pour la suite du travail nous adopterons deacutesormais cette valeur de pH

2- Effet de la concentration en BM

Nous avons traiteacute agrave un pH = 3 et agrave 25degC deux solutions du BM de concentration diffeacuterentes

(10 mg L-1

et 40 mg L-1

) en fixant les concentrations de Fe2+

agrave 134 mg L-1

et celle du H2O2 agrave

6 mg L-1

(figure 17)

Figure 15Effet de la concentration du BM

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM

[BM] mg L-1

Rendement () Temps de

deacutecoloration (min)

10 9738 8

40 9565 14

Nous avons constateacute que la concentration du BM de concentration 10 mg L-1

srsquoest deacutegradeacutee

rapidement et complegravetement avec un temps de deacutecoloration (td) de 8 min tandis que celle de

40 mg L-1

est plus lente avec un td de 14 min Donc plus la solution est concentreacutee plus le

temps de deacutegradation est important

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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La cineacutetique de deacutecoloration du colorant BM de concentrations respectives de 10 et

40 mg L-1

obeacuteit agrave la loi cineacutetique de pseudo premier

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM

Solution kapp

BM = 10 mg L-1

028

BM = 40 mg L-1

010

La deacutetermination de la constante apparente de vitesse montre eacutegalement que cette derniegravere

varie en fonction de la concentration en BM En effet la valeur de kapp est deux fois plus

supeacuterieure pour une concentration en BM de 10 mg L-1

que pour celle de 40 mg L-1

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene

Figure 16 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel

Une solution du bleu de meacutethylegravene de concentration 40 mg L-1

est soumise agrave un traitement par

proceacutedeacute Fenton en utilisant 6 mg L-1

de H2O2 et le fer industriel agrave une concentration de 134

mg L-1

Des preacutelegravevements ont eacuteteacute effectueacutes agrave des intervalles reacuteguliers de temps afin de suivre

lrsquoeacutevolution de la deacutegradation par Spectrophotomeacutetrie Lrsquoanalyse spectromeacutetrique des

eacutechantillons est effectueacutee par un balayage du spectre UV-Visible entre 200 et 800 nm (figure

18)

Nous remarquons que plus le temps de traitement est important plus le pic drsquoabsorbance dans

le visible agrave 661 diminue drsquointensiteacute pour srsquoannuler complegravetement agrave partir du 30 min Par

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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contre le pic dans le domaine UV agrave 291 il diminue certes drsquointensiteacute mais ne srsquoannule pas

mecircme apregraves 45 min de traitement

Ce reacutesultat nous permet de conclure que le proceacutedeacute Fenton permet une deacutegradation partielle

de la moleacutecule du BM au bout de notre temps de reacuteaction Drsquoapregraves Cao et al (1999) les pics

appartenant aux domaine drsquoUV entre 200 et 260 sont relatives au cycle benzegravene mono ou

poly substitueacute Ceci revient agrave dire que la deacutegradation du BM passe par deux eacutetapes

Deacutegradation du groupement fonctionnel de la moleacutecule du BM (λ = 661 nm) crsquoest agrave

dire que la rupture de lrsquoheacuteteacuterocycle central entraine la perte des conjugaisons des deux

lateacuteraux ce qui explique la deacutecoloration plus ou moins rapide de la solution

La deacutegradation des cycles benzegravene persistant en solution est beaucoup plus lente

puisque lrsquointensiteacute de ce pic (λ = 291 nm) diminue mais ne srsquoannule pas alors que la

solution est claire On peut dire eacutegalement que cette deacutegradation des cycles benzegravene

persistants est due au temps de reacuteaction trop court

4- Effet de la concentration du H2O2

a) En Absence de Fer

En utilisant deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

nous

avons varieacute les concentrations du H2O2 de 1 agrave 6 mg L-1

en absence du fer agrave un pH = 3 et agrave

tempeacuterature ambiante Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacutes sur la figure ci-dessous

Figure 19 Deacutegradation du BM par H2O2 seul

Quel que soit la concentration du BM 10 mg L-1

ou 40 mg L-1

lrsquoeffet du H2O2 sur la

deacutegradation du colorant est pratiquement nulle En effet apregraves un temps arbitraire de 20 min

de traitement on remarque un taux drsquoabattement de 17 pour la concentration en BM de 10

mg L-1

alors qursquoil est nul pour une concentration initiale de 40 mg L-1

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Il est donc clair que le pouvoir oxydant du H2O2 nrsquoest pas assez suffisant pour pouvoir

deacutegrader le BM En effet le H2O2 agrave un pouvoir oxydant de Edeg = 176 VENH par contre

celui drsquoOHbull est de 28 VENH

La mecircme conclusion a eacuteteacute observeacute par Naima (2008) sur lrsquoutilisation du H2O2 seul dans le

traitement des huiles drsquoolive (margines) Le reacutesultat a donneacute que le H2O2 seul pour des valeurs

de concentrations 3 et 20 g L-1

ne peut eacuteliminer totalement la margine de lrsquoeffluents drsquohuilerie

drsquoolive de concentration initiale de 1 g L-1

la moyenne de taux drsquoabattement obtenue ne

deacutepasse pas la valeur de 32 Yameogo (2013) a remarqueacute eacutegalement que lrsquoutilisation du

H2O2 seul nrsquoa eu aucune influence sur la deacutegradation de lrsquoamarante par proceacutedeacute photo-fenton

et heacuteteacuterogegravene avec charbon actif la concentration nrsquoa pas varieacute tout au long du traitement

b) En preacutesence du Fer

Lrsquoefficaciteacute du traitement est donc tributaire de lrsquoexistence de deux entiteacutes H2O2 et Fe2+

En

effet Bach et al (2010) ont utiliseacute le Fe2+

pour traiter lrsquoeau industrielle ils ont trouveacute que le

fer a permis de mineacuteraliser 95 drsquoeacutethylegravene-glycol et 85 de pheacutenol dans une eau industrielle

par proceacutedeacute Fenton Marciel et al (2004) ont remarqueacute que lrsquoapport de sulfate ferreux a

ameacutelioreacute la reacuteduction du COT de 45 agrave 55 lors drsquoune eacutetude drsquooxydation drsquoune solution

pheacutenolique par le proceacutedeacute photo-fenton

Pour la suite Nous avons maintenu la mecircme variation des concentrations en H2O2 (de 1 agrave 6

mg L-1

) mais en additionnant le fer industriel (sulfate ferreux) avec une concentration de 134

mg L-1

pour deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

agrave

tempeacuterature ambiante et agrave un pH eacutegale agrave 3 Ceci revient qursquoen solution le rapport R =

varie de 075 15 25 5 (Figure 20)

Figure 17 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Quel que soit la concentration initiale en BM ou en H2O2 lrsquoaddition du fer a entraineacute

lrsquoapparition de la deacutegradation graduelle de la coloration

Plus la concentration en H2O2 est importante plus la vitesse de deacutegradation augmente

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

[BM] mg L-1

10 40

Variation de H2O2 Rendement () Rendement ()

1 6730 5508

2 8522 7029

3 9769 9632

6 9954 9860

La figure 20 montre que taux de deacutecoloration en preacutesence du catalyseur devient plus

important avec lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 Il passe apregraves 60 min de

traitement de 6730 pour une concentration en H2O2 de 1 mg L-1

agrave 9954 pour celle de 6

mg L-1

Ceci est parfaitement preacutevisible puisque lrsquoexistence de lrsquoHydroxyde radicalaire principale

responsable de la deacutegradation est tributaire de la concentration initial en H2O2 (Eq2 sect 11)

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence de

la variation du H2O2

[BM] = 10 mg L-1

[BM] = 40 mg L-1

Ordre de la

reacuteaction k k

075 00036 00005 Ordre 2

15 00092 00007

25 0067 0065 Ordre 1

5 02879 0103

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Nous remarquons que lorsque la concentration en H2O2 augmente lrsquoordre partiel de la reacuteaction

change En effet pour des concentrations en H2O2 lt 3 mg L-1

la reacuteaction de deacutegradation est de

lrsquoordre 2 alors que pour des concentrations plus eacuteleveacutees elle est drsquoordre 1

Nadjette (2009) a montreacute que la deacutegradation du Meacutethyle Orange en preacutesence de dioxyde de

titane (TiO2) suit une cineacutetique drsquoordre 1 Redha (2011) a trouveacute eacutegalement lrsquoordre partiel de

la reacuteaction est eacutegal agrave 1 lors de son eacutetude sur le traitement du Rouge drsquoalizarine S et lrsquoOrange

G par proceacutedeacute drsquooxydation avanceacutee (POA)

Bennani et al (2010) ont eacutelimineacute le bleu de meacutethylegravene en solution aqueuse par lrsquoargile de Safi

(Maroc) Les reacutesultats ont montreacute que le pseudo-second ordre peut deacutecrire le comportement

cineacutetique de lrsquoadsorption du bleu de meacutethylegravene sur lrsquoargile brute et celle purifieacutee Des reacutesultats

similaires ont eacuteteacute observeacutes Gurses et al (2006) et Tsai et al (2007)

Les valeurs de kapp obtenus pour une solution de concentration initiale en BM de 10 mg L-1

sont supeacuterieures agrave celles obtenues pour la solution de 40 mg L-1

et ce lagrave quel que soit lrsquoordre

de la reacuteaction ou la concentration en H2O2 en solution Ces valeurs augmentent avec

lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 et passe de 36 10-3

agrave 02879 et de 05 10-3

agrave 0103

pour une les solutions en BM de 10 et 40 mg L-1

respectivement

5- Effet de la concentration en fer

Pour la suite nous eacutetudierons lrsquoeffet de la concentration en Fer sur lrsquoefficaciteacute du traitement

du BM pour deux solutions de concentration 10 et 40 mg L-1

en BM Les essais ont eacuteteacute

reacutealiseacutes en maintenant constante la concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

et en faisant varieacute la

concentration en Fe2+

de 02 agrave 134 mg L-1

correspondant agrave une variation du rapport R =

de 5 agrave 30

Figure 18 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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En absence de fer aucune baisse dans la concentration en BM nrsquoest observeacutee Pourtant degraves

lrsquoajout drsquoune faible concentration (02 mg L-1

) entraine une diminution progressive de la

couleur au cours du temps Il est eacutegalement observeacute que quel que soit la concentration initiale

en BM le temps de deacutegradation (td) du colorant est inversement proportionnel agrave la

concentration en Fe2+

en solution En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

td

passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 alors que pour une concentration

de 40 mg L-1

il passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig22)

Figure 19 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer industriel

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction du rapport R

[BM] = 10 mg L

-1 [BM] = 40 mg L

-1

kapp kapp

OR

DR

E

1

par

rapport

agrave B

M 30 00027 00125

15 00061 00321

10 0026 00496

5 02879 0103

Nous remarquons que lrsquoeffet de lrsquoaugmentation de la concentration en Fe2+

en solution sur la

cineacutetique de deacutegradation du BM est beaucoup plus important pour des faibles concentrations

(10 mg L-1

) que pour les fortes concentrations (40 mg L-1

) En effet pour une variation de R de

30 agrave 10 kapp eacutevolue de 27 10-4

min agrave 26 10-2

min soit un facteur 100 pour une concentration

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en BM de 10 mg L-1

alors qursquoelle eacutevolue de 00125 agrave 005 soit un facteur 4 pour une

concentration en BM de 40 mg L-1

Drsquoapregraves ces reacutesultats on peut conclure drsquoune faccedilon geacuteneacuterale que la preacutesence drsquoune forte

concentration du catalyseur favorise la formation des radicaux OHbull principaux responsable de

la deacutegradation du BM Pourtant il a eacuteteacute montreacute dans plusieurs eacutetudes (Brillas et al 2004

Diagne 2006 Oturan et al 1999) que le Fe2+

ajouteacute agrave forte dose entraine une perte du

rendement du proceacutedeacute puisque le Fe2+

en plus de son rocircle de catalyseur peut jouer un rocircle de

destructeur crsquoest-agrave-dire qursquoil piegravege les OHbull produits

Lrsquoeacutelimination des polluants reacutefractaires est donc tributaire de la preacutesence des ions meacutetallique

sauf qursquoil neacutecessite un apport important en Fe2+

ce qui entraine un coucirct (Bouafia 2010)

Crsquoest pour cette raison que nous avons opteacute pour lrsquoutilisation de la lateacuterite en faisant une

attaque acide afin drsquoextraire le fer pour traiter le BM

II- UTILISATION DE LATERITE

Les eacutechantillons de la lateacuterite choisie se preacutesentent tous sous forme de poudres de couleur

ocre Lrsquoapplication drsquoun proceacutedeacute qui neacutecessite des quantiteacutes preacutecis de fer est un peu difficile

pour un pays dont le taux drsquoalphabeacutetisation est seulement de 218 et un seuil de pauvreteacute

(PIB par habitant est eacutegal agrave 1500 $) En effet lrsquoajout drsquoune forte concentration du catalyseur

dans la solution agrave traiter peut diminuer lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute Fenton Lrsquoanalyse DRX a

montreacute que la lateacuterite existante au Burkina-Faso est riche en fer En effet pour la reacutegion de

Dano le pourcentage en fer atteint 44 en masse alors que pour Koubri il est de 31

La premiegravere question auquel on srsquoeacutetait poseacute est si le fer eacutetait facilement ex tractable ou bien il

neacutecessite une mineacuteralisation preacutealable

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

La figure ci-dessous montre lrsquoallure de lrsquoeffet de lit de lateacuterite de Dano drsquoune part et celui de

Koubri drsquoautre avec ajustement de pH dans une solution du BM de concentration 40 mg L-1

en maintenant ma concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 20 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

Nous observons que la solution du BM en contact avec le lit de Dano se deacutegrade plus vite que

celle en contact avec le lit de lateacuterite de Koubri Cela est ducirc au fait que la lateacuterite de Dano

libegravere plus facilement sa phase ferrique par rapport agrave celle de Koubri

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri)

Dans ce cadre nous avons compareacute lrsquoeffet drsquoun lit de lateacuterite (ajustement du pH) et une lateacuterite

attaqueacutee avec du H2SO4 sur une solution du BM agrave 40 mg L-1

La concentration en H2O2 eacutetant

maintenue agrave 6 mg L-1

(figure 24)

Figure 21 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri

La figure 24 montre que la quantiteacute de colorant deacutegradeacutee deacutecroit plus rapidement dans le cas

de lrsquoattaque acide Ce comportement est ducirc qursquoelle libegravere plus de Fe2+

en solution Le Fe2+

en

contact avec le H2O2 forme les radicaux hydroxyles (OHbull) pour le traitement des polluants

organiques par le proceacutedeacute Fenton

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

[BM] mg

L-1

Dano Koubri

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Rendement

()

4394 9991 364 9685

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Le taux drsquoabattement du BM par lrsquoattaque acide sur la lateacuterite de Dano est de 9991 apregraves

un temps de manipulation de 5 heures alors que celui du lit de lateacuterite (ajustement du pH) est

de 4394 pour le mecircme intervalle de temps

Cette diffeacuterence de rendement entre les lits de deux lateacuterites (Dano 4394 et Koubri

364) est due que la lateacuterite de Dano libegravere plus facilement sa phase ferrique que celle de

Koubri Etant donneacute que les phases ferriques sont les mecircmes pour les deux lateacuterites on

pourrait conclure que la diffeacuterence provient aussi du fait que la lateacuterite de Dano est beaucoup

plus riche en fer Ce qui facilite son extraction et que pour Koubri la phase Anastase en TiO2

pourrait gecircner son extraction

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et

Koubri)

Nous avons compareacute lrsquoefficaciteacute de 3 acides (sulfurique laquoH2SO4raquo chlorhydrique laquoHCl raquo et

nitrique laquoHNO3raquo) pour lrsquoextraction du fer des lateacuterites La concentration de la solution du

BM utiliseacutee est de 40 mg L-1

la concentration en H2O2 est toujours maintenue agrave 6 mg L-1

Figure 22 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri

La figure 25 montre que la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est la plus efficace pour la

deacutecoloration de la solution En effet Pour la lateacuterite de Dano le td est de 40 mn pour le H2SO4

et drsquoune heure (1h) et 1h30 pour le HNO3 et le HCl respectivement Pour celle de Koubri le

td de la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est drsquoune heure (1h) tandis que pour des deux autres

acides HCl et HNO3 les td sont respectivement de deux (2h) et quatre heure (4h)

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri

[BM] mg L-1

Dano Koubri

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Rendement () 9991 9890 9797 9685 9593 9223

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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On peut deacuteduire que lrsquoefficaciteacute de lrsquoattaque acide par le H2SO4 utiliseacute pour extraire le fer de

la lateacuterite est due au caractegravere diacide (H2SO4)

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri)

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig26)

Figure 23 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer extrait de la lateacuterite

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction des attaques acides (Dano et Koubri)

Attaque acide Dano Koubri

kapp

OR

DR

E 1 par

rapport

agrave B

M

HCl 00127 00094

HNO3 00131 00096

H2SO4 00142 00194

Nous remarquons que lrsquoutilisation de la lateacuterite de Dano ne change pas lrsquoordre apparent de la

vitesse de deacutegradation qui reste eacutegale 1 La valeur de kapp varie de 127 10-2

min-1

pour HCl et

142 10-2

min pour H2SO4 ce qui confirme bien le reacutesultat obtenu pour la figure 19

Pour la lateacuterite de Koubri la valeur de kapp varie de 910-3

min-1

pour HCl et 194 10-2

min-1

pour H2SO4

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer

de la lateacuterite (Dano et Koubri)

Sur la figure 27 nous avons superposeacute les reacutesultats obtenus pour la deacutegradation drsquoune solution

de 40 mg L-1

du BM en preacutesence de 6 mg L-1

de H2O2 avec lrsquoajout de Fer extrait de la lateacuterite

de Dano et Koubri drsquoune part et le fer industriel drsquoautre part

Figure 24 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel

Il est montreacute que le taux de deacutegradation obtenu est perceptiblement le mecircme seule reste un

handicap le temps de traitement 20 min pour le fer industriel 40 min pour le fer extrait de la

lateacuterite de Dano et 1h pour celui de Koubri

Le traitement par la lateacuterite de Dano est efficace et preacutesente donc un avantage certains

puisqursquoil permet de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du BM par rapport agrave celui par la lateacuterite de

Koubri qui deacutegrade seulement que 9796

Beaucoup drsquoeacutetudes ont eacuteteacute faites sur lrsquoeacutelimination du bleu de meacutethylegravene En utilisant le

charbon actif commercial CECA40 de granulomeacutetrie infeacuterieure agrave 125 μm Houas et al (1999)

ont eacutelimineacute 93 du BM dans lrsquoeau pour un temps de contact de 5heures Kumar and

Tamilarasan (2013) ont utiliseacute 01g de charbon actif agrave base des graines drsquoacacia pour eacuteliminer

9312 de BM Bennani et al (2010) ont eacutetudieacute lrsquoadsorption BM sur lrsquoargile brute et

purifieacutee Ils ont montreacute que le processus drsquoadsorption est tregraves rapide et que 95 de la quantiteacute

adsorbeacutee est atteinte pendant les dix premiegraveres minutes Talidi (2006) a utiliseacute la pyrophyllite

(argile) il a montreacute que lrsquoadsorption du BM est de lrsquoordre de 7845 6658 et 5471

respectivement pour les concentrations initiales de 75 225 et 374ppm Sassi and Bennour

(2011) ont utiliseacute le traitement biologique par Biosorption du BM par Pseudomonas

Aeruginosa isoleacute agrave partir drsquoune boue de laiterie a montreacute un taux drsquoeacutelimination du BM variant

de 45 agrave 55 aux valeurs de pH = 7 et 8

Nous pouvons dire que le traitement par la lateacuterite a permis de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du

BM par rapport aux eacutetudes faites en utilisant drsquoautres mateacuteriaux et que la lateacuterite recouvre

000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 100 200 300

[BM

] mg

Lˉˡ

temps de traitement (mn)

Attaque acide

(Dano)

Attaque acide

(Koubri)

Fer industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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33 du continent mondial ce qui pourrait rendre son utilisation moins chegravere par rapport aux

autres traitements (Fer industriel Charbon actifhellip) puis qursquoon nrsquoa pas fait une eacutetude

eacuteconomique pour voir son cout

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CONCLUSION

Ce travail qui a porteacute sur la deacutegradation du colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute

Fenton en comparant les performances obtenues entre lrsquoutilisation du fer industriel (Fenton

classique) et le fer extrait de la lateacuterite ont montreacute que

Pour lrsquoutilisation du fer industriel la deacutegradation du BM est obtenue agrave une valeur de 3 pour

une variation du rapport des concentrations R de 15 agrave 5 et que lrsquoutilisation du peroxyde (H2O2)

seul ne peut pas deacutegrader le BM car son pouvoir oxydant nrsquoest pas assez suffisant pour

pouvoir deacutegrader le colorant Lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute est donc intimement lieacutee agrave lrsquoexistence de

deux reacuteactifs En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

le temps de deacutecoloration

(td) passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 et pour celle de 40 mg L-1

il

passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R Le traitement du BM par proceacutedeacute

fenton est donc tributaire de lrsquoutilisation de Fe2+

Afin de minimiser le coucirct du traitement et surtout voir lrsquoefficaciteacute du traitement en utilisant la

lateacuterite nous avons essayeacute de remplacer le fer industriel par le fer extrait de la lateacuterite

provenant de deux reacutegions du Burkina-Faso Dano et Koubri

Les reacutesultats obtenus par lrsquoutilisation du fer de la lateacuterite sont inteacuteressants pour des eacutetudes sur

drsquoautres colorants En effet le lit de lateacuterite avec ajustement du pH a permis une deacutegradation du

colorant de 44 pour un temps de traitement de 5h tandis que le traitement par lrsquoattaque acide

lui a deacutegradeacute le BM de pregraves que 100 En effet les taux drsquoabattements pour lrsquoattaque acide de

la lateacuterite de Dano et de Koubri sont respectivement de 99 au bout de 40 min et de 97 pour

une manipulation drsquoenviron 1 h

Cette eacutetude sur la deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en utilisation le fer de la lateacuterite

nous a permis de montrer qursquoil est possible de simplifier de point de vue utilisation et coucirct le

proceacutedeacute Fenton pour les colorants syntheacutetiques drsquoeffluents industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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PERSPECTIVES

En perspectives il serait inteacuteressant

De faire une eacutetude approfondi pour voir le cout du traitement du proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite

Essayer de traiter drsquoautres familles de colorants en utilisant la lateacuterite attaqueacutee par

lrsquoacide pour voir lrsquoefficaciteacute du systegraveme

Appliquer le traitement sur des effluents textiles reacuteels

Imaginer un systegraveme de traitement agrave grand eacutechelle

Essayer le traitement sur drsquoautres polluants reacutecalcitrant PCB pheacutenol pesticides

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Page 15: Dégradation des effluents textiles (cas d’un colorant

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE I REVUE BIBLIOGRAPHIQUE

I- LES COLORANTS (Caracteacuteristiques classification et toxiciteacute)

1- Historique des colorants

Depuis le deacutebut de lrsquohumaniteacute les colorants appliqueacutes dans pratiquement toutes les activiteacutes

humaines (peinture teinture du papier de la peau et des vecirctements) eacutetaient drsquoorigines naturelles

et veacutegeacutetales Ces colorants sont tous des composeacutes aromatiques qui proviennent essentiellement

des plantes tel que lrsquoalizarine et lrsquoindigo Lrsquoindustrie des colorants syntheacutetiques est neacutee en 1856

quand le chimiste anglais W H Perkin dans une tentative de synthegravese de la quinine artificielle

pour soigner la malaria a obtenu la premiegravere matiegravere colorante syntheacutetique qursquoil appela

mauve (aniline colorant basique) Apregraves la deacutecouverte de la mauve de nouveaux colorants

ont commenceacute agrave paraitre sur le marcheacute (Jaussaud 1993)

Au deacutebut du 20egraveme

siegravecle les colorants syntheacutetiques ont presque complegravetement supplanteacutes les

colorants naturels Selon Mansour et al (2010) la production mondiale des colorants est

estimeacutee agrave plus de 800000 tonnesan

2- Deacutefinition des colorants

Un colorant est une substance coloreacutee qui interagit avec le milieu dans lequel elle est introduite

et le colore en srsquoy dissolvant etou dispersant lui confeacuterant la proprieacuteteacute de teindre Cette

proprieacuteteacute reacutesulte drsquoune affiniteacute particuliegravere entre le colorant et la fibre Selon le type

drsquoapplication et drsquoutilisation les colorants syntheacutetiques doivent reacutepondre agrave un certain nombre

de critegraveres afin de prolonger la dureacutee de vie des produits coloreacutes sur lesquels ils sont appliqueacutes

Ces critegraveres sont la reacutesistance agrave lrsquoabrasion la stabiliteacute photolytique des couleurs la reacutesistance

agrave lrsquooxydation chimique (notamment les deacutetergents) et aux attaques microbiennes(Pagga and

Brown 1986) et (Zawlotzki Guivarch 2004)

3- Classification des colorants syntheacutetiques

Les matiegraveres colorantes se caracteacuterisent par leur capaciteacute agrave absorber les rayonnements lumineux

dans le spectre visible (de 380 agrave 750 nm) La transformation de la lumiegravere blanche en lumiegravere

coloreacutee par reacuteflexion sur un corps ou par transmission ou diffusion reacutesulte de labsorption

seacutelective deacutenergie par certains groupes datomes appeleacutes chromophores la moleacutecule colorante

eacutetant le chromogegravene Dautres groupes datomes du chromogegravene peuvent intensifier ou changer

la couleur due au chromophore ce sont les groupes auxochromes (Barka 2008)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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4- Les colorants aziniques (thiazines)

Les colorants thiazines sont analogues aux colorants oxazines sauf que lrsquoatome de soufre

remplace lrsquoatome drsquooxygegravene dans lrsquoanneau heacuteteacuterocyclique Ces colorants ont un noyau

phenazonium comme chromophore avec des groupes amineacutes en para par rapport au soufre

comme auxochrome Ils ont un intervalle de couleur du vert au bleu et ils sont stables agrave la

lumiegravere Ils sont utiliseacutes dans le domaine du textile meacutedecine pharmacie et biologie

Seulement cinq colorants thiazines sont connus et toujours fabriqueacutes azure A azure B azure C

thionine et bleu de meacutethylegravene

Le colorant thiazine le plus important est le bleu de meacutethylegravene deacutecouvert par Caro en 1876

Colorants doxazines Colorants thiazines

Oxazines

Thiazine

5- Toxiciteacute des colorants

La prise de conscience quant agrave la dangerositeacute de certains colorants a commenceacute vers 1890 ougrave

lrsquoon surveillait essentiellement les teneurs en cuivre en arsenic et en plomb dans les colorants

syntheacutetiques ou mineacuteraux Cependant bien que des toxicologues aient auparavant mis en

eacutevidence chez les animaux le risque de cancer lieacute agrave lrsquoingestion de certains colorants azoiumlques

rouges ce nrsquoest qursquoapregraves la deuxiegraveme (2egraveme

) guerre mondiale que des seacuterieux tests biologiques

ont abouti agrave la remise en cause de la plupart des colorants utiliseacutes Une reacuteglementation plus

exigeante a eacuteteacute instaureacutee en 1960 concernant le test de toxicologique des colorants mis sur le

marcheacute Pour le cas du Burkina-Faso il yrsquoa un deacutecret ndeg2001-185 (article 12) portant

interdiction de rejet dans lrsquoenvironnement de certaines substances canceacuterigegravenes dans

lrsquoenvironnement

6- Proprieacuteteacutes physico-chimiques du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene colorant azinique (thiazine) de la famille basique ou cationique aussi

appeleacute chlorure de bis-(dimethylamino)- 37 phenazathionium est soluble dans lrsquoeau (50 g L-1

) et

moins soluble dans lrsquoalcool (10 g L-1

) Sa formule chimique est C16H18ClN3S une masse molaire

de 319852 g mol-1

se preacutesente sous forme drsquoune poudre cristalline drsquoun bleu fonceacute est un deacuteriveacute

azoteacute (Fig1)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 1 Bleu de meacutethylegravene et sa structure chimique

Il est couramment utiliseacute comme modegravele de contaminant organique en raison de sa structure

moleacuteculaire stable Dans la reacuteaction de reacuteduction le BM se transforme en leuco meacutethylegravene

incolore due agrave la perte du doublet libre de lrsquoazote et introduction drsquoun atome drsquohydrogegravene

Le BM sous sa forme incolore est

(Eq 1)

bleu de meacutethylegravene chlorure de meacutethylthioninium

S

N

N NCl-

hydroxyde de meacutethylthioninium

S

N

N N HO

Figure 2 Forme incolore du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene est le colorant le plus couramment utiliseacute dans la teinture du coton du bois

et de la soie Il peut provoquer des brucirclures oculaires responsables de blessures permanentes aux

yeux de lrsquohomme et des animaux Son inhalation peut donner lieu agrave des difficulteacutes respiratoires

entrainer des cas drsquoaneacutemie apregraves une absorption prolongeacutee et son ingestion par la bouche produit

une sensation de brucirclure provoque des nauseacutees des vomissements transpiration et sueurs

froides abondantes (Ghosh and Bhattacharyya 2002) Il est aussi est toxique pour les algues et

les petits crustaceacutes agrave partir des concentrations de 01 mg L-1

et 2 mg L-1

respectivement (Ounissa

1996 Meink et al 1997)

Le traitement des rejets industriels contenant ce type de colorant srsquoavegravere drsquoun grand inteacuterecirct

II- TRAITEMENT DES REJETS TEXTILES

1- Geacuteneacuteraliteacutes sur les meacutethodes de traitements

Le traitement des rejets textiles compte tenu de leur heacuteteacuterogeacuteneacuteiteacute de composition conduira

toujours agrave la conception drsquoune chaine de traitement assurant lrsquoeacutelimination des diffeacuterents

polluants par des eacutetapes successives La premiegravere eacutetape consiste agrave eacuteliminer la pollution par

lrsquointermeacutediaire de preacutetraitement (deacutegrillage dessablage deacuteshuilage etc) etou de traitement

physique ou physico-chimique assurant une seacuteparation solide-liquide Drsquoapregraves Barclay and

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Buckley (2000) les techniques de deacutepollution intervenant le plus courant en deuxiegraveme eacutetape

dans les industries se divisent en trois cateacutegories

1- Biologique

Traitement aeacuterobie

Traitement anaeacuterobie

2- Physique

Meacutethode de preacutecipitation (coagulation floculation seacutedimentation)

Adsorption (sur charbon actif)

Osmose inverse filtration sur membrane

3- Chimique

Oxydation (oxygegravene ozone oxydants tels que le H2O2 NaOCl)

Reacuteduction (Na2S2O2)

Meacutethode de complexomeacutetrique

Reacutesine eacutechangeuse drsquoions

A- Meacutethodes biologiques

Lrsquoavanceacutee technologique a permis la conception des systegravemes de traitement biologique

perfectionneacutes en se basant sur lrsquoautoeacutepuration naturelle des eaux Ces proceacutedeacutes biologiques se

font selon deux modes traitements en aeacuterobie (en preacutesence de lrsquooxygegravene) et traitement en

anaeacuterobie (les microorganismes deacutegradent la matiegravere organique en absence de lrsquooxygegravene)

Les proceacutedeacutes drsquoeacutepuration par voie biologique sont baseacutes sur la transformation microbienne des

colorants La plupart des colorants azoiumlques sont tregraves stables et non biodeacutegradables Beaucoup

drsquoeacutetudes ont deacutemontreacute la biodeacutegradation partielle ou complegravete de certains colorants par voie

biologiques (Adnosinda et al 2003) et (Lopez et al 2004) Mecircme si ces techniques sont

adapteacutees agrave un nombre de polluants organiques elles ne sont pas toujours applicables sur les

effluents textiles industriels en raison de fortes concentrations de polluants de leur toxiciteacute qui

entrainent la destruction des microorganismes ou des boues biologiques agrave traiter

B- Meacutethodes physiques

Lorsque les eaux useacutees ne se precirctent pas agrave une deacutepollution par voie biologique (effluent peu ou

pas biodeacutegradable tempeacuterature trop faible valeurs extrecircmes de pH preacutesence de toxiques)

des proceacutedeacutes physico-chimiques classiques permettent de compenser soit en se substituant

totalement agrave lrsquoeacutepuration par voie biologique soit en traitement compleacutementaire On peut citer

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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par exemple la coagulation-floculation suivie drsquoune deacutecantation (clarification) lrsquoadsorption sur

charbon actif lrsquoeacutechange drsquoions ou la filtration membranaire

B1- Coagulation-floculation

Sous le terme de coagulationndashfloculation on entend tous les processus physico-chimiques par

lesquels des particules colloiumldales ou des solides en fine suspension sont transformeacutes par des

floculants chimiques en espegraveces plus visibles et seacuteparables (les flocs) Les flocs formeacutes sont

ensuite seacutepareacutes par deacutecantation et filtration puis eacutevacueacutes Les coagulants inorganiques tels que

lrsquoalun (Al2(SO4)314H2O) donnent les reacutesultats plus que satisfaisants pour la deacutecoloration des

effluents textiles contenant des colorants disperseacutes de cuve et soufreacutes mais sont totalement

inefficaces pour les colorants azoiumlques acides et basiques (Barclay and Buckley 2000) et

(Vendevivere et al 1998) Par ailleurs la coagulationndashfloculation ne peut ecirctre utiliseacutee pour les

colorants fortement solubles dans lrsquoeau comme le cas du BM

Le principal deacutesavantage de cette technique est qursquoelle geacutenegravere une importante quantiteacute de boue

entrainant des investissements suppleacutementaires

B2- Filtration membranaire

Dans ce proceacutedeacute les polluants sont retenus par une membrane semi permeacuteable dont le diamegravetre

des pores est infeacuterieur agrave celui des moleacutecules agrave eacuteliminer Cette technique est largement utiliseacutee

dans le domaine de lrsquoeau potable et le dessalement La filtration sur membrane sous lrsquoeffet

drsquoune pression hydraulique se deacutecline en microfiltration lrsquoultrafiltration la nano filtration et

lrsquoosmose inverse Parmi les quatre types de proceacutedeacutes la nano filtration et lrsquoosmose inverse sont

les plus adapteacutes agrave la reacuteduction partielle de la couleur et des petites moleacutecules organiques

(Taylor and Jacobs 1996) (Calobro et al 1990) En effet la nano filtration srsquoapplique surtout

au traitement des bains de teinture de colorants reacuteactifs en agissant comme un filtre moleacuteculaire

tandis que la microfiltration retient les mateacuteriaux colloiumldaux tels que les colorants disperseacutes ou

de cuve gracircce agrave une laquomembrane eacutecranraquo (Van der Bruggen et al 2003) Lrsquoultrafiltration ne

srsquoapplique qursquoagrave la reacuteduction de DCO et des solides en suspension (Anselme and Jacobs 1996)

et nrsquoest reacuteellement efficace qursquoen combinaison avec la coagulationfloculation

B3- Adsorption sur charbon actif et autres mateacuteriaux

Le polluant est transfeacutereacute de la phase liquide vers la phase solide lors de lrsquoadsorption Le

charbon actif eacutetant consideacutereacute comme lrsquoadsorbant le plus efficace pour la reacuteduction de la

couleur est limiteacute pour lrsquoeacutelimination de certains colorants Seuls les cationiques colorant agrave

mordant disperseacutes ou dits de cuve sont eacutelimineacutes par cette technique (Raghavacharya 1997)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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C- Meacutethodes chimique

Les techniques drsquooxydation chimiques sont geacuteneacuteralement appliqueacutees quand les proceacutedeacutes

biologiques sont inefficaces Elles peuvent ecirctre ainsi utiliseacutees pour les proceacutedeacutes biologiques en

eacutetapes de preacutetraitement afin de diminuer la charge polluante Lrsquooxydation chimique est

eacutegalement appliqueacutee pour le traitement des organiques dangereux preacutesents en faibles

concentrations et des effluents chargeacutes de constituants reacutesistants aux meacutethodes de

biodeacutegradation Le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) le Cl2 et O3 sont les reacuteactifs les plus souvent

utiliseacutes pour ce type de traitement Le H2O2 est un oxydant moyennement fort et son application

pour le traitement des polluants organiques et inorganiques est bien eacutetablie (Neyens et al

2003) Mais lrsquooxydation par H2O2 nrsquoest pas suffisamment efficace pour de fortes concentrations

en colorant Hamada et al (1998) ont proposeacute de traiter les colorants azoiumlques par hypochlorure

de sodium Cependant si la moleacutecule initiale est deacutetruite les halogegravenes sont susceptibles de

former des trihalomeacutethanes comme sous-produits de deacutegradation lesquels sont canceacuterigegravenes

pour lrsquoHomme

Drsquoougrave la neacutecessiteacute drsquoutiliser des produits drsquooxydation encore plus performant comme les

proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutes (POA)

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation

Avanceacutee (POA)

Lrsquoindustrialisation intensive qui a vu le jour au cours du dernier siegravecle a causeacute lrsquoapparition dans

lrsquoenvironnement de polluants eacutemergents reacutefractaires qui sont reconnus canceacuterigegravenes et

mutagegravenes Dans lrsquooptique de limiter la pollution de lrsquoenvironnement des strateacutegies de

traitement efficaces et eacutecologiques ont eacuteteacute deacuteveloppeacutees Parmi ces strateacutegies se trouve

lrsquoapplication des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee (POA) Figure 3

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Il srsquoagit de proceacutedeacutes de traitement oxydatif qui peuvent ecirctre subdiviseacutes en quatre groupes

(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse

utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et reacutepondent aux

critegraveres suivant (Suty et al 2003)

Ne pas induire de pollution secondaire

Non toxique

Non corrosif pour les eacutequipements

Etre le plus rentable possible

Etre relativement le plus simple agrave manipuler

Les OHbull sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse utiliser dans le domaine des

eaux et des effluents industriels avec une vitesse drsquooxydation (109

fois plus eacuteleveacutee) agrave celle de

lrsquoozone et son potentiel drsquooxydation est de 28 VENH (Parsons 2004) Tableau 1

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique

Oxydant Pouvoir oxydant Edeg (VENH)

OHbull 280

Oo 242

O3 207

H2O2 (milieu acide) 178

Cl2 136

O2 123

Plusieurs secteurs ont utiliseacutes ces proceacutedeacutes pour traiter leurs eaux par exemple Parsons (2004)

lrsquoa utiliseacute pour le traitement des eaux de surface et souterraines Martinez-Huitle and Ferro

(2006) lrsquoont utiliseacute pour le traitement des eaux industrielles Hayet (2011) lrsquoa testeacute dans

lrsquoeacutelimination du 4- chloropheacutenol Hsing et al (2007) et Wu and Chang (2006) ont lrsquoutiliseacute pour

deacutecolorer les eaux des industries textiles Bouafia (2010) a utiliseacute le proceacutedeacute drsquooxydation

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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avanceacutee baseacutee sur le reacuteactif de fenton pour deacutegrader les colorants textiles Derradji (2012) a

coupleacute le POA avec un traitement biologique pour le traitement des eaux useacutees industrielles

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

)

Fenton avait deacutecrivit agrave la fin du XIX egraveme

siegravecle que le fer ferreux (Fe2+

) favorisait fortement

lrsquooxydation de lrsquoacide maleacuteique par le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) en milieu acide (Fenton

1894) Des travaux ulteacuterieurs ont montreacute que la combinaison de H2O2 et de Fe2+

nommeacute

laquo Reacuteactif de Fenton raquo eacutetant un oxydant efficace pour une grande varieacuteteacute de substrats

organiques notamment les pheacutenols les pesticides les aromatiques polycycliques et des

colorants en particulier les azoiumlques (Spadaro et al 1994 Benitez et al 2001 De Heredia et

al 2001) Quarante (40) ans plus tard Haber and Weiss (1934) identifiaient le radical

Hydroxyl comme eacutetant lrsquoespegravece oxydante de la reacuteaction preacutesenteacutee ci-dessous et communeacutement

appeleacutee reacuteaction de Fenton

(Eq2)

Le fer ferrique geacuteneacutereacute peut ensuite reacuteagir avec le peroxyde drsquohydrogegravene pour redonner le fer

ferreux

(Eq3)

La vitesse de deacutecomposition de H2O2 par le Fer II augmente lorsque le pH augmente (le 5) car

dans cette gamme de pH la forme preacutedominante Fe(OH) 2+

est beaucoup plus reacuteactive que lrsquoion

Fe2+

(Kuo 1992)

Lrsquoeacutetude de la deacutepollution des effluents textiles coloreacutes par le proceacutedeacute Fenton (systegraveme H2O2

Fe2+

) a eacuteteacute reacuteveacuteleacutee tregraves efficace et plusieurs eacutetudes ont montreacute que le taux de mineacuteralisation des

colorants syntheacutetiques augmente avec lrsquoaugmentation des doses des reacuteactifs et du temps de

reacuteaction Le rapport des reacuteactifs R =

et le rapport

joue aussi un rocircle important

dans la vitesse de deacutegradation de colorants de deacutepart et sur le taux de mineacuteralisation (Kuo

1992)

Le proceacutedeacute Fenton possegravede trois (03) caracteacuteristiques attractives pour le traitement des

composeacutes organiques (Redha 2011)

Les radicaux hydroxyles OHbull produits reacuteagissent tregraves rapidement (10

9 fois plus reacuteactif

que le O3)

Les reacuteactifs sont simples agrave manipuler et sans danger pour lrsquoenvironnement

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Les produits finaux de deacutegradation (H2O CO2 ions mineacuteraux et hydroxydes ferriques)

nrsquointroduisent pas une pollution suppleacutementaire

Le proceacutedeacute de Fenton est composeacute geacuteneacuteralement de quatre eacutetapes principales ajustement du

pH oxydation neutralisation et coagulationpreacutecipitation Pour lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute la

reacuteaction de fenton ne peut se produire qursquoagrave un pH voisin ou eacutegal agrave 3 ce qui reacutesulte un ajout des

solutions acides Au-delagrave des valeurs de pH comprises entre 3 et 4 le fer (Fe2+

ou Fe3+

) est

susceptible de preacutecipiter et former des hydroxydes de fer induisant ainsi une faible activiteacute

catalytique Le milieu doit ecirctre approvisionneacute drsquoune maniegravere continue Ce qui peut alourdir les

couts de traitement

Le proceacutedeacute Fenton est consideacutereacute aujourdrsquohui comme le proceacutedeacute dont sa mise en œuvre est facile

et plus utiliseacute dans le monde pour le traitement drsquoeffluents industriels textiles mais le proceacutedeacute

est limiteacute par le manque de geacuteneacuteration du catalyseur qui neacutecessite geacuteneacuteralement un apport

constat en reacuteactif et qui contraint de ce fait agrave lrsquoapprovisionner en continu le milieu en peroxyde

drsquohydrogegravene (H2O2) tregraves couteux

III- LA LATERITE

Le Burkina-Faso est un pays de lrsquoAfrique occidentale avec une superficie de 274 000 kmsup2 et le

recouvrement lateacuteritique est un caractegravere dominant des paysages peacuteneacuteplaines ou tabulaires qui

caracteacuterisent sa plus grande partie Les lateacuterites se preacutesentent sous forme de plateaux eacutetendus

buttes teacutemoins cuirasses indureacutes etc Lrsquoeacutepaisseur de ces lateacuterites varie selon la nature des

formations sur lesquelles elles se reposent

La lateacuterite (du latin later brique) est une roche rouge ou brun qui se forme par alteacuteration des

roches sous les climats tropicaux Elle est constitueacutee du fer (Limonite ferrihydrite geothite

heacutematite) drsquoaluminium (Gibbsite cliachite boehmite) de titane de manganegravese et de

silicium On la trouve surtout en domaine intertropical et recouvre 33 des continents

Pour lrsquoeacutetude de la deacutegradation du colorant BM nous avons utiliseacute deux types de lateacuterite

provenant lrsquoune de la reacutegion de Koubri dans le Centre et contenant 314 de fer et lrsquoautre dans

la reacutegion Sud-Ouest du Burkina-Faso contenant 447 pour le traitement (Figure 4) Ces

lateacuterites ont eacuteteacute caracteacuteriseacutees au Laboratoire CRISMAT (Centre National de Recherche et de

Technologie Mateacuteriaux ENSI Caen) en France

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE

Lrsquoutilisation des substances organiques dans lrsquoindustrie sans traitement est la deacutegradation de la

qualiteacute des eaux qui se reacutepercute sur la santeacute de lrsquoecirctre humain Dans ce chapitre nous allons voir

les produits et mateacuteriels ainsi que la meacutethodologie expeacuterimentale utiliseacutes pour la deacutegradation du

colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute Fenton en phase homogegravene en utilisant le fer

industriel puis le fer extrait de la lateacuterite

Nous preacutesentons en premier lieu la technique du dosage du BM et les reacuteactifs utiliseacutes pour la

deacutegradation de notre colorant Nous eacutevoquons les techniques de caracteacuterisation de la lateacuterite par

diffraction des rayons X et analyse quantitative

I- PRODUITS ET MATERIELS

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite)

Pour lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite nous avons utiliseacute

certains reacuteactifs qui sont illustreacutes dans le tableau 2

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes

Produits Fournisseur Qualiteacute

Bleu de meacutethylegravene Fluka 96

Peroxyde drsquohydrogegravene

(H2O2)

Preacutepareacute par

Laboratoires Gilbert (CA 655-

301-3)

9

Acide sulfurique (H2SO4) Sigma-Aldrich (CA 7664-93-9) 95-97

Sulfate ferreux (FeSO4

7H2O

Fluka Chemika (CA44990) 98

Hydroxyde de Sodium

NaOH

Sigma Aldrich 32

Eau ultra-pure ou Milli-Q Polisseur drsquoeau du LEDES 0055 microScm ou 183

2- Mateacuteriels utiliseacutes

Les mateacuteriels utiliseacutes pour les suivis cineacutetiques de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite sont la spectrophotomeacutetrie DR 5000 la lateacuterite et les trois types drsquoacides

lrsquoacide sulfurique lrsquoacide chlorhydrique lrsquoacide nitrique pour lrsquoextraction du fer de la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM

Les eacutechantillons de lateacuterites utiliseacutees lors de ce travail ont eacuteteacute caracteacuteriseacutes au Laboratoire

CRISMAT (Centre National de Recherche Technologique Mateacuteriaux ENSI Caen) en France Ils

proviennent de deux reacutegions du Burkina-Faso (Dano et Koubri) contiennent respectivement 44

7 et 314 de fer et ont eacuteteacute obtenus par les analyses en diffraction des rayons X (DRX) et en

microscopie eacutelectronique agrave balayage (MEB)

Le principe de lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS

Lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS est une analyse quantitative en des points ou zones speacutecifiques dun

eacutechantillon en utilisant la spectromeacutetrie agrave seacutelection deacutenergie (EDS)

Son principe est que par lintermeacutediaire dun canon agrave eacutelectrons un faisceau deacutelectrons est envoyeacute

sur leacutechantillon En contact avec la matiegravere ces eacutelectrons interagissent de diffeacuterentes faccedilons

Le MEB-EDS du laboratoire va permettre dexploiter trois informations distinctes dont deux qui

vont ecirctre traduites en images

-Une image en eacutelectrons secondaires (SE) qui naicirct dune interaction entre les eacutelectrons du

faisceau et les eacutelectrons des couches eacutelectroniques de latome et qui nous donnera une

information topographique de leacutechantillon

- Une image en eacutelectrons reacutetrodiffuseacutes (BSE) qui reacutesulte de linteraction entre les eacutelectrons du

faisceau le noyau et le nuage eacutelectronique de latome et qui permettra de creacuteer une image par

contraste chimique

- Une troisiegraveme information que lon obtient est une analyse eacuteleacutementaire le microscope

eacutelectronique agrave balayage eacutetant coupleacute agrave un deacutetecteur de rayons X agrave dispersion deacutenergie

Le principe de lrsquoanalyse par Diffraction Rayon X (DRX)

La diffraction des rayons X est une technique danalyse fondeacutee comme son nom lrsquoindique sur la

diffraction des rayons X sur la matiegravere La diffraction des rayons X est un pheacutenomegravene

dinterfeacuterence constructive qui se produit quand un faisceau de rayons X (onde

eacutelectromagneacutetique) peacutenegravetre dans un cristal (empilement peacuteriodique datomes) Il peut donc

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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apparaitre quand on place un monocristal un poly-cristal ou une poudre devant une source de

rayons X Lemplacement des faisceaux diffracteacutes nous informe sur la peacuteriodiciteacute du (des) cristal

tandis que lintensiteacute de ces faisceaux nous informe sur la nature et la position des atomes

contenus dans le cristal La position des intensiteacutes diffracteacutees nous renseignera sur la taille de la

maille tandis que lintensiteacute nous permettra de calculer la position des atomes dans la maille

ainsi que leur nature Les proprieacuteteacutes chimiques ou physiques dun mateacuteriau deacutependent de la

position et la nature des atomes du cristal

Les caracteacuteristiques du diffractomegravetre des eacutechantillons de la poudre de lateacuterite analyseacutee sur un

diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 eacutequipeacute drsquoun monochromateur avant et drsquoun deacutetecteur Lynx-

Eye sont rassembleacutees dans le tableau et figures ci-dessous

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Position initiale [deg2Th] 10 0050

Position finale [deg2Th] 99 9910

Taille [deg2Th] 00110

Temps drsquoeacutetape de balayage [s] 1170

Fente de divergence Fixed

Fente de divergence [mm] 2

Tempeacuterature de mesure [degC] 21

Mateacuteriel drsquoanode Cu

K Alpha 1 [Aring] 154060

Geacuteneacuterateur 40 mA 40 kV

Monochromateur de rayon incident Oui

Rotation Non

Ouverture de deacutetecteur [deg] 35

Deacutetecteur de discrimination LL [V] 017

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri

Les diffeacuterentes phases des eacutechantillons de lateacuterites par lrsquoanalyse en diffraction RX sont

reacutecapituleacutees sur ce tableau

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

Phase Koubri Dano

-massique -massique

Phase majoritaire Kaolinite 333 36

Quartz 326 161

Deuxiegraveme sous-ensemble de phase Goethite FeO(OH) 211 352

Heacutematite Fe2O3 73 63

Ferrite

(fer-alpha)

3 32

Phase anatase TiO2 27

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene

La solution megravere du BM de concentration 1 g L-1

a eacuteteacute preacutepareacutee en mettant les cristaux dans un

litre drsquoeau distilleacutee Les solutions standard pour lrsquoeacutetablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage ont

eacuteteacute obtenues par des dilutions successives jusqursquoaux concentrations deacutesireacutees

Le suivi de lrsquoeacutevolution de la concentration du BM au cours du temps est fait par

spectrophotomeacutetrie UVVisible

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible

La spectrophotomeacutetrie est une technique analytique quantitative qui consiste agrave mesurer

lrsquoabsorbance ou la densiteacute optique drsquoune substance chimique donneacutee en solution La meacutethode

repose sur la loi de Beer-Lambert qui eacutenonce

Lorsqursquoune substance absorbe de la lumiegravere dans le domaine de lrsquoultra-violet et du

visible lrsquoeacutenergie absorbeacutee provoque des perturbations dans la structure eacutelectronique des

atomes ions ou moleacutecules Un ou plusieurs eacutelectrons utilisent cette eacutenergie pour sauter

drsquoun niveau de basse eacutenergie agrave un niveau de plus haute eacutenergie Ces transitions

eacutelectroniques se font dans le domaine de 350 agrave 800nm pour le visible et entre 200 agrave 350

nm pour lrsquoultra-violet

Un milieu homogegravene traverseacute par la lumiegravere absorbe une partie de celle-ci les

diffeacuterentes radiations constituant le faisceau incident sont diffeacuteremment absorbeacutees

suivant leur longueur drsquoonde et les radiations transmisses sont alors caracteacuteristiques du

milieu

Soit un rayon lumineux monochromatique de longueur drsquoonde λ traversant un milieu

homogegravene drsquoeacutepaisseur l Le taux de deacutecroissance de lrsquointensiteacute lumineuse en fonction de

lrsquoeacutepaisseur du milieu absorbant est donneacute par la loi de Lambert

A= log (

) (Eq4)

Avec

I0 intensiteacute initiale de la lumiegravere traverseacutee

I intensiteacute de la lumiegravere transmise

A absorbance

La spectrophotomeacutetrie UVVisible permet de suivre la deacutecoloration des solutions gracircce aux

absorbances qui eacutevoluent en fonction du temps de traitement Elle permet eacutegalement de suivre

lrsquoeacutevolution des ions gracircce agrave leurs diffeacuterents dosages

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM

a- Deacutetermination des longueurs drsquoondes drsquoabsorption maximale

Le spectre drsquoabsorbance du BM a eacuteteacute balayeacute entre 200 et 800 nm afin de suivre quantitativement

sa concentration Les pics de notre colorant sont obtenus agrave 661nm et 291nm (fig 8) Les

diffeacuterentes absorbances ont eacuteteacute deacutetermineacutees et une courbe deacutetalonnage a eacuteteacute traceacutee en utilisant

des solutions standard variant de 0 agrave 8 mg L-1

pour les deux longueurs drsquoondes

Figure 8 Spectre du Bleu de meacutethylegravene

b- Etablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage du BM

La concentration [Fx] des solutions eacutetalon varie de 1 agrave 8 mg L-1

Les volumes agrave preacutelever sont

calculeacutes en appliquant lrsquoeacutequation suivante

(Eq5)

Avec [Fx] - Concentration de lrsquoeacutetalon

Vx - Volume drsquoeacutetalon agrave preacuteparer

[M] - Concentration de la solution megravere

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene

Solution Zero 1 2 3 4 5

Concentration [mgL-1] 0 2 3 4 6 8

Volume neacutecessaire [mL] 0 02 03 04 06 08

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour tracer la courbe drsquoeacutetalonnage nous avons introduit les diffeacuterents volumes dans des fioles de

100 mL ensuite nous avons compleacuteteacute agrave lrsquoeau distilleacutee jusqursquoau trait de jauge On a mis la

spectrophotomeacutetrie en marche et proceacutedeacute agrave la lecture du blanc puis successivement des solutions

eacutetalons

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm)

Solution 0 1 2 3 4 5

Con (mg L-1

) 0 2 3 4 6 8

Absorbance (nm) pour λ = 661 0 085 13 18 23 3

Absorbance (nm) pour λ = 291 0 04 06 09 12 17

Figure 9 Courbe deacutetalonnage (λmax = 661 nm et λmax = 291 nm) variation de labsorbance en

fonction de la concentration du BM

4- Preacuteparation des solutions de fer

a- Solution de fer industriel

Le reacuteactif utiliseacute est le sulfate ferreux ou sulfate de fer (II) drsquoune poudre blanchacirctre agrave lrsquoeacutetat

anhydre dont la formule est FeSO4 7H2O Pour la preacuteparation du Fe2+

de concentration 3 g L-1

nous avons verseacute 3 g du sulfate ferreux anhydre dans une fiole de 1 L contenant 500 mL drsquoeau

milli-Q puis ajouter une (1) goutte drsquoacide sulfurique (H2SO4) concentreacute agrave 98 dans la fiole et

laisser agiter pendant 30 secondes Apregraves compleacuteter jusqursquoau trait de jauge et placer sous

agitation durant 1 h jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune solution de couleur rouge brique

b- Solution de fer de la lateacuterite

Pour la deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite les solutions de la lateacuterite

ont eacuteteacute preacutepareacutees de la maniegravere suivante

Pour le lit de lateacuterite nous avons preacuteleveacute

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

Compleacuteter drsquoeau milli-Q (eau ultra pure) jusqursquoau trait de jauge

y = 03938x

Rsup2 = 09869

0

05

1

15

2

25

3

35

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

661nm

y = 02094x

Rsup2 = 09972

0

02

04

06

08

1

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

291 nm

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Ajuster par la suite le pH de la solution agrave 3 avec lrsquoacide sulfurique (concentreacute agrave

95-97)

Figure 8 Lit de lateacuterite

Pour la lateacuterite attaqueacute par de lrsquoacide concentreacute pour lrsquoextraction du Fer

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

30 m L drsquoacide (HClHNO3H2SO4)

Ajouter avec prudence 20 mL drsquoeau milli-Q pour avoir 50 mL de solution

Preacutelever le surnageant pour le traitement du bleu de meacutethylegravene

Figure 9 Attaque acide de la lateacuterite

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton

Lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM srsquoest faite par trois diffeacuterentes eacutetapes

Une solution du BM est soumise agrave un traitement par proceacutedeacute Fenton en utilisant du H2O2

et le fer industriel (Fe2+

) ajustement du pH agrave 3 (Fig12)

Figure 10 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour la deacutegradation du BM en utilisant la lateacuterite deux eacutetapes ont eacuteteacute imageacutes lrsquoune par

un lit de lateacuterite et lrsquoautre par la lateacuterite attaqueacutee par trois types drsquoacides (Fig13)

Figure 11 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM

Nous avons deacutetermineacute la cineacutetique de deacutecoloration agrave partir des valeurs des absorbances trouveacutees

agrave 661nm La deacutetermination de la constante de vitesse kapp permet de donner un ordre de

grandeur de la vitesse Expeacuterimentalement on peut montrer que la vitesse de reacuteaction bilan du

BM srsquoeacutecrit de la maniegravere suivante

Bleu de meacutethylegravene + OHbull rarr sous-produit du bleu de meacutethylegravene (Eq6)

Pour la cineacutetique drsquoordre 1

V = -

= kapp (Eq7) reacuteaction de pseudo ordre un laquo1 raquo

Avec

V vitesse de deacutegradation catalytique (mg L-1

h-1

)

kapp constante apparente de deacutegradation (min ou h-1

)

[BM] concentration du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

t temps de reacuteaction (h)

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

Ln (

) = kapp t (Eq8)

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 12 Reacuteaction de pseudo ordre 1

Pour la cineacutetique drsquoordre 2

V = -

= kapp (Eq9) reacuteaction de pseudo ordre un laquo2 raquo

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

int

= - int

(Eq10)

(Eq11)

Figure 13 Reacuteaction de pseudo ordre 2

Pour le calcul des rendements ou taux drsquoabattement (τ) agrave lrsquoissu des eacutetudes cineacutetiques de

deacutegradation du BM nous avons utiliseacute cette formule ci-dessous

τ =

(Eq12)

Rsup2 = 09863

-070

-060

-050

-040

-030

-020

-010

000

0 2 4 6 8

ln (C

Co)

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 1

Rsup2 = 09499

0

0005

001

0015

002

0025

003

0 2 4 6 8

1C

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 2

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL

Tous les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes agrave tempeacuterature ambiante (25degC) Les concentrations du bleu de

meacutethylegravene choisies pour lrsquoexpeacuterience sont 10 et 40 mg L-1

1- Effet de pH du milieu

Etant donneacute que le proceacutedeacute Fenton est baseacute sur lrsquoeffet catalytique du Fer et plus preacuteciseacutement

du Fe2+

il nous est paru neacutecessaire de commencer lrsquoeacutetude par la deacutetermination du pH

optimale pour le proceacutedeacute Lrsquoajustement du pH du milieu srsquoeffectue agrave lrsquoaide drsquoune solution

drsquoacide sulfurique Ce choix est justifieacute par lrsquoexistence deacutejagrave au sein de la solution des ions

2-

suite agrave lrsquoaddition du Fe2+

sous la forme de FeSO4 7H2O

Les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes avec une concentration en BM de 20 mg L-1

un rapport R = 15

correspondant agrave des concentrations de 6 et 040 mg L-1

en H2O2 et Fe2+

respectivement et

pour des valeurs de pH variant entre 3 et 5 Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacute sur figure 16

Figure 14 Effet du pH

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t = 20

min)

pH Rendement ()

3 96

35 5245

4 6156

5 5509

000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 5 10 15 20

[BM

] m

gL

ˉˡ

temps de deacutegradation (mn)

pH = 3

pH = 35

pH = 4

pH = 5

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Drsquoapregraves le tableau preacutecegravedent nous observons que le pH favorable pour la deacutegradation du BM

par le proceacutedeacute Fenton est pH = 3 avec un taux de deacutegradation de 96 au bout de 20 min

De nombreux travaux sur les proceacutedeacutes Fenton ont montreacute que le pH 3 semble ecirctre la meilleure

valeur pour une deacutegradation optimale des polluants organique ((Tang and Huang 1996 Kuo

and Lo 1999) Pour la suite du travail nous adopterons deacutesormais cette valeur de pH

2- Effet de la concentration en BM

Nous avons traiteacute agrave un pH = 3 et agrave 25degC deux solutions du BM de concentration diffeacuterentes

(10 mg L-1

et 40 mg L-1

) en fixant les concentrations de Fe2+

agrave 134 mg L-1

et celle du H2O2 agrave

6 mg L-1

(figure 17)

Figure 15Effet de la concentration du BM

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM

[BM] mg L-1

Rendement () Temps de

deacutecoloration (min)

10 9738 8

40 9565 14

Nous avons constateacute que la concentration du BM de concentration 10 mg L-1

srsquoest deacutegradeacutee

rapidement et complegravetement avec un temps de deacutecoloration (td) de 8 min tandis que celle de

40 mg L-1

est plus lente avec un td de 14 min Donc plus la solution est concentreacutee plus le

temps de deacutegradation est important

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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La cineacutetique de deacutecoloration du colorant BM de concentrations respectives de 10 et

40 mg L-1

obeacuteit agrave la loi cineacutetique de pseudo premier

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM

Solution kapp

BM = 10 mg L-1

028

BM = 40 mg L-1

010

La deacutetermination de la constante apparente de vitesse montre eacutegalement que cette derniegravere

varie en fonction de la concentration en BM En effet la valeur de kapp est deux fois plus

supeacuterieure pour une concentration en BM de 10 mg L-1

que pour celle de 40 mg L-1

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene

Figure 16 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel

Une solution du bleu de meacutethylegravene de concentration 40 mg L-1

est soumise agrave un traitement par

proceacutedeacute Fenton en utilisant 6 mg L-1

de H2O2 et le fer industriel agrave une concentration de 134

mg L-1

Des preacutelegravevements ont eacuteteacute effectueacutes agrave des intervalles reacuteguliers de temps afin de suivre

lrsquoeacutevolution de la deacutegradation par Spectrophotomeacutetrie Lrsquoanalyse spectromeacutetrique des

eacutechantillons est effectueacutee par un balayage du spectre UV-Visible entre 200 et 800 nm (figure

18)

Nous remarquons que plus le temps de traitement est important plus le pic drsquoabsorbance dans

le visible agrave 661 diminue drsquointensiteacute pour srsquoannuler complegravetement agrave partir du 30 min Par

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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contre le pic dans le domaine UV agrave 291 il diminue certes drsquointensiteacute mais ne srsquoannule pas

mecircme apregraves 45 min de traitement

Ce reacutesultat nous permet de conclure que le proceacutedeacute Fenton permet une deacutegradation partielle

de la moleacutecule du BM au bout de notre temps de reacuteaction Drsquoapregraves Cao et al (1999) les pics

appartenant aux domaine drsquoUV entre 200 et 260 sont relatives au cycle benzegravene mono ou

poly substitueacute Ceci revient agrave dire que la deacutegradation du BM passe par deux eacutetapes

Deacutegradation du groupement fonctionnel de la moleacutecule du BM (λ = 661 nm) crsquoest agrave

dire que la rupture de lrsquoheacuteteacuterocycle central entraine la perte des conjugaisons des deux

lateacuteraux ce qui explique la deacutecoloration plus ou moins rapide de la solution

La deacutegradation des cycles benzegravene persistant en solution est beaucoup plus lente

puisque lrsquointensiteacute de ce pic (λ = 291 nm) diminue mais ne srsquoannule pas alors que la

solution est claire On peut dire eacutegalement que cette deacutegradation des cycles benzegravene

persistants est due au temps de reacuteaction trop court

4- Effet de la concentration du H2O2

a) En Absence de Fer

En utilisant deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

nous

avons varieacute les concentrations du H2O2 de 1 agrave 6 mg L-1

en absence du fer agrave un pH = 3 et agrave

tempeacuterature ambiante Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacutes sur la figure ci-dessous

Figure 19 Deacutegradation du BM par H2O2 seul

Quel que soit la concentration du BM 10 mg L-1

ou 40 mg L-1

lrsquoeffet du H2O2 sur la

deacutegradation du colorant est pratiquement nulle En effet apregraves un temps arbitraire de 20 min

de traitement on remarque un taux drsquoabattement de 17 pour la concentration en BM de 10

mg L-1

alors qursquoil est nul pour une concentration initiale de 40 mg L-1

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Il est donc clair que le pouvoir oxydant du H2O2 nrsquoest pas assez suffisant pour pouvoir

deacutegrader le BM En effet le H2O2 agrave un pouvoir oxydant de Edeg = 176 VENH par contre

celui drsquoOHbull est de 28 VENH

La mecircme conclusion a eacuteteacute observeacute par Naima (2008) sur lrsquoutilisation du H2O2 seul dans le

traitement des huiles drsquoolive (margines) Le reacutesultat a donneacute que le H2O2 seul pour des valeurs

de concentrations 3 et 20 g L-1

ne peut eacuteliminer totalement la margine de lrsquoeffluents drsquohuilerie

drsquoolive de concentration initiale de 1 g L-1

la moyenne de taux drsquoabattement obtenue ne

deacutepasse pas la valeur de 32 Yameogo (2013) a remarqueacute eacutegalement que lrsquoutilisation du

H2O2 seul nrsquoa eu aucune influence sur la deacutegradation de lrsquoamarante par proceacutedeacute photo-fenton

et heacuteteacuterogegravene avec charbon actif la concentration nrsquoa pas varieacute tout au long du traitement

b) En preacutesence du Fer

Lrsquoefficaciteacute du traitement est donc tributaire de lrsquoexistence de deux entiteacutes H2O2 et Fe2+

En

effet Bach et al (2010) ont utiliseacute le Fe2+

pour traiter lrsquoeau industrielle ils ont trouveacute que le

fer a permis de mineacuteraliser 95 drsquoeacutethylegravene-glycol et 85 de pheacutenol dans une eau industrielle

par proceacutedeacute Fenton Marciel et al (2004) ont remarqueacute que lrsquoapport de sulfate ferreux a

ameacutelioreacute la reacuteduction du COT de 45 agrave 55 lors drsquoune eacutetude drsquooxydation drsquoune solution

pheacutenolique par le proceacutedeacute photo-fenton

Pour la suite Nous avons maintenu la mecircme variation des concentrations en H2O2 (de 1 agrave 6

mg L-1

) mais en additionnant le fer industriel (sulfate ferreux) avec une concentration de 134

mg L-1

pour deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

agrave

tempeacuterature ambiante et agrave un pH eacutegale agrave 3 Ceci revient qursquoen solution le rapport R =

varie de 075 15 25 5 (Figure 20)

Figure 17 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

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Quel que soit la concentration initiale en BM ou en H2O2 lrsquoaddition du fer a entraineacute

lrsquoapparition de la deacutegradation graduelle de la coloration

Plus la concentration en H2O2 est importante plus la vitesse de deacutegradation augmente

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

[BM] mg L-1

10 40

Variation de H2O2 Rendement () Rendement ()

1 6730 5508

2 8522 7029

3 9769 9632

6 9954 9860

La figure 20 montre que taux de deacutecoloration en preacutesence du catalyseur devient plus

important avec lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 Il passe apregraves 60 min de

traitement de 6730 pour une concentration en H2O2 de 1 mg L-1

agrave 9954 pour celle de 6

mg L-1

Ceci est parfaitement preacutevisible puisque lrsquoexistence de lrsquoHydroxyde radicalaire principale

responsable de la deacutegradation est tributaire de la concentration initial en H2O2 (Eq2 sect 11)

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence de

la variation du H2O2

[BM] = 10 mg L-1

[BM] = 40 mg L-1

Ordre de la

reacuteaction k k

075 00036 00005 Ordre 2

15 00092 00007

25 0067 0065 Ordre 1

5 02879 0103

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Nous remarquons que lorsque la concentration en H2O2 augmente lrsquoordre partiel de la reacuteaction

change En effet pour des concentrations en H2O2 lt 3 mg L-1

la reacuteaction de deacutegradation est de

lrsquoordre 2 alors que pour des concentrations plus eacuteleveacutees elle est drsquoordre 1

Nadjette (2009) a montreacute que la deacutegradation du Meacutethyle Orange en preacutesence de dioxyde de

titane (TiO2) suit une cineacutetique drsquoordre 1 Redha (2011) a trouveacute eacutegalement lrsquoordre partiel de

la reacuteaction est eacutegal agrave 1 lors de son eacutetude sur le traitement du Rouge drsquoalizarine S et lrsquoOrange

G par proceacutedeacute drsquooxydation avanceacutee (POA)

Bennani et al (2010) ont eacutelimineacute le bleu de meacutethylegravene en solution aqueuse par lrsquoargile de Safi

(Maroc) Les reacutesultats ont montreacute que le pseudo-second ordre peut deacutecrire le comportement

cineacutetique de lrsquoadsorption du bleu de meacutethylegravene sur lrsquoargile brute et celle purifieacutee Des reacutesultats

similaires ont eacuteteacute observeacutes Gurses et al (2006) et Tsai et al (2007)

Les valeurs de kapp obtenus pour une solution de concentration initiale en BM de 10 mg L-1

sont supeacuterieures agrave celles obtenues pour la solution de 40 mg L-1

et ce lagrave quel que soit lrsquoordre

de la reacuteaction ou la concentration en H2O2 en solution Ces valeurs augmentent avec

lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 et passe de 36 10-3

agrave 02879 et de 05 10-3

agrave 0103

pour une les solutions en BM de 10 et 40 mg L-1

respectivement

5- Effet de la concentration en fer

Pour la suite nous eacutetudierons lrsquoeffet de la concentration en Fer sur lrsquoefficaciteacute du traitement

du BM pour deux solutions de concentration 10 et 40 mg L-1

en BM Les essais ont eacuteteacute

reacutealiseacutes en maintenant constante la concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

et en faisant varieacute la

concentration en Fe2+

de 02 agrave 134 mg L-1

correspondant agrave une variation du rapport R =

de 5 agrave 30

Figure 18 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM

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En absence de fer aucune baisse dans la concentration en BM nrsquoest observeacutee Pourtant degraves

lrsquoajout drsquoune faible concentration (02 mg L-1

) entraine une diminution progressive de la

couleur au cours du temps Il est eacutegalement observeacute que quel que soit la concentration initiale

en BM le temps de deacutegradation (td) du colorant est inversement proportionnel agrave la

concentration en Fe2+

en solution En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

td

passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 alors que pour une concentration

de 40 mg L-1

il passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig22)

Figure 19 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer industriel

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction du rapport R

[BM] = 10 mg L

-1 [BM] = 40 mg L

-1

kapp kapp

OR

DR

E

1

par

rapport

agrave B

M 30 00027 00125

15 00061 00321

10 0026 00496

5 02879 0103

Nous remarquons que lrsquoeffet de lrsquoaugmentation de la concentration en Fe2+

en solution sur la

cineacutetique de deacutegradation du BM est beaucoup plus important pour des faibles concentrations

(10 mg L-1

) que pour les fortes concentrations (40 mg L-1

) En effet pour une variation de R de

30 agrave 10 kapp eacutevolue de 27 10-4

min agrave 26 10-2

min soit un facteur 100 pour une concentration

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en BM de 10 mg L-1

alors qursquoelle eacutevolue de 00125 agrave 005 soit un facteur 4 pour une

concentration en BM de 40 mg L-1

Drsquoapregraves ces reacutesultats on peut conclure drsquoune faccedilon geacuteneacuterale que la preacutesence drsquoune forte

concentration du catalyseur favorise la formation des radicaux OHbull principaux responsable de

la deacutegradation du BM Pourtant il a eacuteteacute montreacute dans plusieurs eacutetudes (Brillas et al 2004

Diagne 2006 Oturan et al 1999) que le Fe2+

ajouteacute agrave forte dose entraine une perte du

rendement du proceacutedeacute puisque le Fe2+

en plus de son rocircle de catalyseur peut jouer un rocircle de

destructeur crsquoest-agrave-dire qursquoil piegravege les OHbull produits

Lrsquoeacutelimination des polluants reacutefractaires est donc tributaire de la preacutesence des ions meacutetallique

sauf qursquoil neacutecessite un apport important en Fe2+

ce qui entraine un coucirct (Bouafia 2010)

Crsquoest pour cette raison que nous avons opteacute pour lrsquoutilisation de la lateacuterite en faisant une

attaque acide afin drsquoextraire le fer pour traiter le BM

II- UTILISATION DE LATERITE

Les eacutechantillons de la lateacuterite choisie se preacutesentent tous sous forme de poudres de couleur

ocre Lrsquoapplication drsquoun proceacutedeacute qui neacutecessite des quantiteacutes preacutecis de fer est un peu difficile

pour un pays dont le taux drsquoalphabeacutetisation est seulement de 218 et un seuil de pauvreteacute

(PIB par habitant est eacutegal agrave 1500 $) En effet lrsquoajout drsquoune forte concentration du catalyseur

dans la solution agrave traiter peut diminuer lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute Fenton Lrsquoanalyse DRX a

montreacute que la lateacuterite existante au Burkina-Faso est riche en fer En effet pour la reacutegion de

Dano le pourcentage en fer atteint 44 en masse alors que pour Koubri il est de 31

La premiegravere question auquel on srsquoeacutetait poseacute est si le fer eacutetait facilement ex tractable ou bien il

neacutecessite une mineacuteralisation preacutealable

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

La figure ci-dessous montre lrsquoallure de lrsquoeffet de lit de lateacuterite de Dano drsquoune part et celui de

Koubri drsquoautre avec ajustement de pH dans une solution du BM de concentration 40 mg L-1

en maintenant ma concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

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Figure 20 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

Nous observons que la solution du BM en contact avec le lit de Dano se deacutegrade plus vite que

celle en contact avec le lit de lateacuterite de Koubri Cela est ducirc au fait que la lateacuterite de Dano

libegravere plus facilement sa phase ferrique par rapport agrave celle de Koubri

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri)

Dans ce cadre nous avons compareacute lrsquoeffet drsquoun lit de lateacuterite (ajustement du pH) et une lateacuterite

attaqueacutee avec du H2SO4 sur une solution du BM agrave 40 mg L-1

La concentration en H2O2 eacutetant

maintenue agrave 6 mg L-1

(figure 24)

Figure 21 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri

La figure 24 montre que la quantiteacute de colorant deacutegradeacutee deacutecroit plus rapidement dans le cas

de lrsquoattaque acide Ce comportement est ducirc qursquoelle libegravere plus de Fe2+

en solution Le Fe2+

en

contact avec le H2O2 forme les radicaux hydroxyles (OHbull) pour le traitement des polluants

organiques par le proceacutedeacute Fenton

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

[BM] mg

L-1

Dano Koubri

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Rendement

()

4394 9991 364 9685

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Le taux drsquoabattement du BM par lrsquoattaque acide sur la lateacuterite de Dano est de 9991 apregraves

un temps de manipulation de 5 heures alors que celui du lit de lateacuterite (ajustement du pH) est

de 4394 pour le mecircme intervalle de temps

Cette diffeacuterence de rendement entre les lits de deux lateacuterites (Dano 4394 et Koubri

364) est due que la lateacuterite de Dano libegravere plus facilement sa phase ferrique que celle de

Koubri Etant donneacute que les phases ferriques sont les mecircmes pour les deux lateacuterites on

pourrait conclure que la diffeacuterence provient aussi du fait que la lateacuterite de Dano est beaucoup

plus riche en fer Ce qui facilite son extraction et que pour Koubri la phase Anastase en TiO2

pourrait gecircner son extraction

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et

Koubri)

Nous avons compareacute lrsquoefficaciteacute de 3 acides (sulfurique laquoH2SO4raquo chlorhydrique laquoHCl raquo et

nitrique laquoHNO3raquo) pour lrsquoextraction du fer des lateacuterites La concentration de la solution du

BM utiliseacutee est de 40 mg L-1

la concentration en H2O2 est toujours maintenue agrave 6 mg L-1

Figure 22 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri

La figure 25 montre que la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est la plus efficace pour la

deacutecoloration de la solution En effet Pour la lateacuterite de Dano le td est de 40 mn pour le H2SO4

et drsquoune heure (1h) et 1h30 pour le HNO3 et le HCl respectivement Pour celle de Koubri le

td de la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est drsquoune heure (1h) tandis que pour des deux autres

acides HCl et HNO3 les td sont respectivement de deux (2h) et quatre heure (4h)

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri

[BM] mg L-1

Dano Koubri

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Rendement () 9991 9890 9797 9685 9593 9223

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On peut deacuteduire que lrsquoefficaciteacute de lrsquoattaque acide par le H2SO4 utiliseacute pour extraire le fer de

la lateacuterite est due au caractegravere diacide (H2SO4)

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri)

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig26)

Figure 23 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer extrait de la lateacuterite

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction des attaques acides (Dano et Koubri)

Attaque acide Dano Koubri

kapp

OR

DR

E 1 par

rapport

agrave B

M

HCl 00127 00094

HNO3 00131 00096

H2SO4 00142 00194

Nous remarquons que lrsquoutilisation de la lateacuterite de Dano ne change pas lrsquoordre apparent de la

vitesse de deacutegradation qui reste eacutegale 1 La valeur de kapp varie de 127 10-2

min-1

pour HCl et

142 10-2

min pour H2SO4 ce qui confirme bien le reacutesultat obtenu pour la figure 19

Pour la lateacuterite de Koubri la valeur de kapp varie de 910-3

min-1

pour HCl et 194 10-2

min-1

pour H2SO4

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5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer

de la lateacuterite (Dano et Koubri)

Sur la figure 27 nous avons superposeacute les reacutesultats obtenus pour la deacutegradation drsquoune solution

de 40 mg L-1

du BM en preacutesence de 6 mg L-1

de H2O2 avec lrsquoajout de Fer extrait de la lateacuterite

de Dano et Koubri drsquoune part et le fer industriel drsquoautre part

Figure 24 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel

Il est montreacute que le taux de deacutegradation obtenu est perceptiblement le mecircme seule reste un

handicap le temps de traitement 20 min pour le fer industriel 40 min pour le fer extrait de la

lateacuterite de Dano et 1h pour celui de Koubri

Le traitement par la lateacuterite de Dano est efficace et preacutesente donc un avantage certains

puisqursquoil permet de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du BM par rapport agrave celui par la lateacuterite de

Koubri qui deacutegrade seulement que 9796

Beaucoup drsquoeacutetudes ont eacuteteacute faites sur lrsquoeacutelimination du bleu de meacutethylegravene En utilisant le

charbon actif commercial CECA40 de granulomeacutetrie infeacuterieure agrave 125 μm Houas et al (1999)

ont eacutelimineacute 93 du BM dans lrsquoeau pour un temps de contact de 5heures Kumar and

Tamilarasan (2013) ont utiliseacute 01g de charbon actif agrave base des graines drsquoacacia pour eacuteliminer

9312 de BM Bennani et al (2010) ont eacutetudieacute lrsquoadsorption BM sur lrsquoargile brute et

purifieacutee Ils ont montreacute que le processus drsquoadsorption est tregraves rapide et que 95 de la quantiteacute

adsorbeacutee est atteinte pendant les dix premiegraveres minutes Talidi (2006) a utiliseacute la pyrophyllite

(argile) il a montreacute que lrsquoadsorption du BM est de lrsquoordre de 7845 6658 et 5471

respectivement pour les concentrations initiales de 75 225 et 374ppm Sassi and Bennour

(2011) ont utiliseacute le traitement biologique par Biosorption du BM par Pseudomonas

Aeruginosa isoleacute agrave partir drsquoune boue de laiterie a montreacute un taux drsquoeacutelimination du BM variant

de 45 agrave 55 aux valeurs de pH = 7 et 8

Nous pouvons dire que le traitement par la lateacuterite a permis de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du

BM par rapport aux eacutetudes faites en utilisant drsquoautres mateacuteriaux et que la lateacuterite recouvre

000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 100 200 300

[BM

] mg

Lˉˡ

temps de traitement (mn)

Attaque acide

(Dano)

Attaque acide

(Koubri)

Fer industriel

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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33 du continent mondial ce qui pourrait rendre son utilisation moins chegravere par rapport aux

autres traitements (Fer industriel Charbon actifhellip) puis qursquoon nrsquoa pas fait une eacutetude

eacuteconomique pour voir son cout

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CONCLUSION

Ce travail qui a porteacute sur la deacutegradation du colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute

Fenton en comparant les performances obtenues entre lrsquoutilisation du fer industriel (Fenton

classique) et le fer extrait de la lateacuterite ont montreacute que

Pour lrsquoutilisation du fer industriel la deacutegradation du BM est obtenue agrave une valeur de 3 pour

une variation du rapport des concentrations R de 15 agrave 5 et que lrsquoutilisation du peroxyde (H2O2)

seul ne peut pas deacutegrader le BM car son pouvoir oxydant nrsquoest pas assez suffisant pour

pouvoir deacutegrader le colorant Lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute est donc intimement lieacutee agrave lrsquoexistence de

deux reacuteactifs En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

le temps de deacutecoloration

(td) passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 et pour celle de 40 mg L-1

il

passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R Le traitement du BM par proceacutedeacute

fenton est donc tributaire de lrsquoutilisation de Fe2+

Afin de minimiser le coucirct du traitement et surtout voir lrsquoefficaciteacute du traitement en utilisant la

lateacuterite nous avons essayeacute de remplacer le fer industriel par le fer extrait de la lateacuterite

provenant de deux reacutegions du Burkina-Faso Dano et Koubri

Les reacutesultats obtenus par lrsquoutilisation du fer de la lateacuterite sont inteacuteressants pour des eacutetudes sur

drsquoautres colorants En effet le lit de lateacuterite avec ajustement du pH a permis une deacutegradation du

colorant de 44 pour un temps de traitement de 5h tandis que le traitement par lrsquoattaque acide

lui a deacutegradeacute le BM de pregraves que 100 En effet les taux drsquoabattements pour lrsquoattaque acide de

la lateacuterite de Dano et de Koubri sont respectivement de 99 au bout de 40 min et de 97 pour

une manipulation drsquoenviron 1 h

Cette eacutetude sur la deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en utilisation le fer de la lateacuterite

nous a permis de montrer qursquoil est possible de simplifier de point de vue utilisation et coucirct le

proceacutedeacute Fenton pour les colorants syntheacutetiques drsquoeffluents industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page 39

PERSPECTIVES

En perspectives il serait inteacuteressant

De faire une eacutetude approfondi pour voir le cout du traitement du proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite

Essayer de traiter drsquoautres familles de colorants en utilisant la lateacuterite attaqueacutee par

lrsquoacide pour voir lrsquoefficaciteacute du systegraveme

Appliquer le traitement sur des effluents textiles reacuteels

Imaginer un systegraveme de traitement agrave grand eacutechelle

Essayer le traitement sur drsquoautres polluants reacutecalcitrant PCB pheacutenol pesticides

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Page 16: Dégradation des effluents textiles (cas d’un colorant

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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4- Les colorants aziniques (thiazines)

Les colorants thiazines sont analogues aux colorants oxazines sauf que lrsquoatome de soufre

remplace lrsquoatome drsquooxygegravene dans lrsquoanneau heacuteteacuterocyclique Ces colorants ont un noyau

phenazonium comme chromophore avec des groupes amineacutes en para par rapport au soufre

comme auxochrome Ils ont un intervalle de couleur du vert au bleu et ils sont stables agrave la

lumiegravere Ils sont utiliseacutes dans le domaine du textile meacutedecine pharmacie et biologie

Seulement cinq colorants thiazines sont connus et toujours fabriqueacutes azure A azure B azure C

thionine et bleu de meacutethylegravene

Le colorant thiazine le plus important est le bleu de meacutethylegravene deacutecouvert par Caro en 1876

Colorants doxazines Colorants thiazines

Oxazines

Thiazine

5- Toxiciteacute des colorants

La prise de conscience quant agrave la dangerositeacute de certains colorants a commenceacute vers 1890 ougrave

lrsquoon surveillait essentiellement les teneurs en cuivre en arsenic et en plomb dans les colorants

syntheacutetiques ou mineacuteraux Cependant bien que des toxicologues aient auparavant mis en

eacutevidence chez les animaux le risque de cancer lieacute agrave lrsquoingestion de certains colorants azoiumlques

rouges ce nrsquoest qursquoapregraves la deuxiegraveme (2egraveme

) guerre mondiale que des seacuterieux tests biologiques

ont abouti agrave la remise en cause de la plupart des colorants utiliseacutes Une reacuteglementation plus

exigeante a eacuteteacute instaureacutee en 1960 concernant le test de toxicologique des colorants mis sur le

marcheacute Pour le cas du Burkina-Faso il yrsquoa un deacutecret ndeg2001-185 (article 12) portant

interdiction de rejet dans lrsquoenvironnement de certaines substances canceacuterigegravenes dans

lrsquoenvironnement

6- Proprieacuteteacutes physico-chimiques du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene colorant azinique (thiazine) de la famille basique ou cationique aussi

appeleacute chlorure de bis-(dimethylamino)- 37 phenazathionium est soluble dans lrsquoeau (50 g L-1

) et

moins soluble dans lrsquoalcool (10 g L-1

) Sa formule chimique est C16H18ClN3S une masse molaire

de 319852 g mol-1

se preacutesente sous forme drsquoune poudre cristalline drsquoun bleu fonceacute est un deacuteriveacute

azoteacute (Fig1)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 1 Bleu de meacutethylegravene et sa structure chimique

Il est couramment utiliseacute comme modegravele de contaminant organique en raison de sa structure

moleacuteculaire stable Dans la reacuteaction de reacuteduction le BM se transforme en leuco meacutethylegravene

incolore due agrave la perte du doublet libre de lrsquoazote et introduction drsquoun atome drsquohydrogegravene

Le BM sous sa forme incolore est

(Eq 1)

bleu de meacutethylegravene chlorure de meacutethylthioninium

S

N

N NCl-

hydroxyde de meacutethylthioninium

S

N

N N HO

Figure 2 Forme incolore du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene est le colorant le plus couramment utiliseacute dans la teinture du coton du bois

et de la soie Il peut provoquer des brucirclures oculaires responsables de blessures permanentes aux

yeux de lrsquohomme et des animaux Son inhalation peut donner lieu agrave des difficulteacutes respiratoires

entrainer des cas drsquoaneacutemie apregraves une absorption prolongeacutee et son ingestion par la bouche produit

une sensation de brucirclure provoque des nauseacutees des vomissements transpiration et sueurs

froides abondantes (Ghosh and Bhattacharyya 2002) Il est aussi est toxique pour les algues et

les petits crustaceacutes agrave partir des concentrations de 01 mg L-1

et 2 mg L-1

respectivement (Ounissa

1996 Meink et al 1997)

Le traitement des rejets industriels contenant ce type de colorant srsquoavegravere drsquoun grand inteacuterecirct

II- TRAITEMENT DES REJETS TEXTILES

1- Geacuteneacuteraliteacutes sur les meacutethodes de traitements

Le traitement des rejets textiles compte tenu de leur heacuteteacuterogeacuteneacuteiteacute de composition conduira

toujours agrave la conception drsquoune chaine de traitement assurant lrsquoeacutelimination des diffeacuterents

polluants par des eacutetapes successives La premiegravere eacutetape consiste agrave eacuteliminer la pollution par

lrsquointermeacutediaire de preacutetraitement (deacutegrillage dessablage deacuteshuilage etc) etou de traitement

physique ou physico-chimique assurant une seacuteparation solide-liquide Drsquoapregraves Barclay and

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Buckley (2000) les techniques de deacutepollution intervenant le plus courant en deuxiegraveme eacutetape

dans les industries se divisent en trois cateacutegories

1- Biologique

Traitement aeacuterobie

Traitement anaeacuterobie

2- Physique

Meacutethode de preacutecipitation (coagulation floculation seacutedimentation)

Adsorption (sur charbon actif)

Osmose inverse filtration sur membrane

3- Chimique

Oxydation (oxygegravene ozone oxydants tels que le H2O2 NaOCl)

Reacuteduction (Na2S2O2)

Meacutethode de complexomeacutetrique

Reacutesine eacutechangeuse drsquoions

A- Meacutethodes biologiques

Lrsquoavanceacutee technologique a permis la conception des systegravemes de traitement biologique

perfectionneacutes en se basant sur lrsquoautoeacutepuration naturelle des eaux Ces proceacutedeacutes biologiques se

font selon deux modes traitements en aeacuterobie (en preacutesence de lrsquooxygegravene) et traitement en

anaeacuterobie (les microorganismes deacutegradent la matiegravere organique en absence de lrsquooxygegravene)

Les proceacutedeacutes drsquoeacutepuration par voie biologique sont baseacutes sur la transformation microbienne des

colorants La plupart des colorants azoiumlques sont tregraves stables et non biodeacutegradables Beaucoup

drsquoeacutetudes ont deacutemontreacute la biodeacutegradation partielle ou complegravete de certains colorants par voie

biologiques (Adnosinda et al 2003) et (Lopez et al 2004) Mecircme si ces techniques sont

adapteacutees agrave un nombre de polluants organiques elles ne sont pas toujours applicables sur les

effluents textiles industriels en raison de fortes concentrations de polluants de leur toxiciteacute qui

entrainent la destruction des microorganismes ou des boues biologiques agrave traiter

B- Meacutethodes physiques

Lorsque les eaux useacutees ne se precirctent pas agrave une deacutepollution par voie biologique (effluent peu ou

pas biodeacutegradable tempeacuterature trop faible valeurs extrecircmes de pH preacutesence de toxiques)

des proceacutedeacutes physico-chimiques classiques permettent de compenser soit en se substituant

totalement agrave lrsquoeacutepuration par voie biologique soit en traitement compleacutementaire On peut citer

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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par exemple la coagulation-floculation suivie drsquoune deacutecantation (clarification) lrsquoadsorption sur

charbon actif lrsquoeacutechange drsquoions ou la filtration membranaire

B1- Coagulation-floculation

Sous le terme de coagulationndashfloculation on entend tous les processus physico-chimiques par

lesquels des particules colloiumldales ou des solides en fine suspension sont transformeacutes par des

floculants chimiques en espegraveces plus visibles et seacuteparables (les flocs) Les flocs formeacutes sont

ensuite seacutepareacutes par deacutecantation et filtration puis eacutevacueacutes Les coagulants inorganiques tels que

lrsquoalun (Al2(SO4)314H2O) donnent les reacutesultats plus que satisfaisants pour la deacutecoloration des

effluents textiles contenant des colorants disperseacutes de cuve et soufreacutes mais sont totalement

inefficaces pour les colorants azoiumlques acides et basiques (Barclay and Buckley 2000) et

(Vendevivere et al 1998) Par ailleurs la coagulationndashfloculation ne peut ecirctre utiliseacutee pour les

colorants fortement solubles dans lrsquoeau comme le cas du BM

Le principal deacutesavantage de cette technique est qursquoelle geacutenegravere une importante quantiteacute de boue

entrainant des investissements suppleacutementaires

B2- Filtration membranaire

Dans ce proceacutedeacute les polluants sont retenus par une membrane semi permeacuteable dont le diamegravetre

des pores est infeacuterieur agrave celui des moleacutecules agrave eacuteliminer Cette technique est largement utiliseacutee

dans le domaine de lrsquoeau potable et le dessalement La filtration sur membrane sous lrsquoeffet

drsquoune pression hydraulique se deacutecline en microfiltration lrsquoultrafiltration la nano filtration et

lrsquoosmose inverse Parmi les quatre types de proceacutedeacutes la nano filtration et lrsquoosmose inverse sont

les plus adapteacutes agrave la reacuteduction partielle de la couleur et des petites moleacutecules organiques

(Taylor and Jacobs 1996) (Calobro et al 1990) En effet la nano filtration srsquoapplique surtout

au traitement des bains de teinture de colorants reacuteactifs en agissant comme un filtre moleacuteculaire

tandis que la microfiltration retient les mateacuteriaux colloiumldaux tels que les colorants disperseacutes ou

de cuve gracircce agrave une laquomembrane eacutecranraquo (Van der Bruggen et al 2003) Lrsquoultrafiltration ne

srsquoapplique qursquoagrave la reacuteduction de DCO et des solides en suspension (Anselme and Jacobs 1996)

et nrsquoest reacuteellement efficace qursquoen combinaison avec la coagulationfloculation

B3- Adsorption sur charbon actif et autres mateacuteriaux

Le polluant est transfeacutereacute de la phase liquide vers la phase solide lors de lrsquoadsorption Le

charbon actif eacutetant consideacutereacute comme lrsquoadsorbant le plus efficace pour la reacuteduction de la

couleur est limiteacute pour lrsquoeacutelimination de certains colorants Seuls les cationiques colorant agrave

mordant disperseacutes ou dits de cuve sont eacutelimineacutes par cette technique (Raghavacharya 1997)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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C- Meacutethodes chimique

Les techniques drsquooxydation chimiques sont geacuteneacuteralement appliqueacutees quand les proceacutedeacutes

biologiques sont inefficaces Elles peuvent ecirctre ainsi utiliseacutees pour les proceacutedeacutes biologiques en

eacutetapes de preacutetraitement afin de diminuer la charge polluante Lrsquooxydation chimique est

eacutegalement appliqueacutee pour le traitement des organiques dangereux preacutesents en faibles

concentrations et des effluents chargeacutes de constituants reacutesistants aux meacutethodes de

biodeacutegradation Le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) le Cl2 et O3 sont les reacuteactifs les plus souvent

utiliseacutes pour ce type de traitement Le H2O2 est un oxydant moyennement fort et son application

pour le traitement des polluants organiques et inorganiques est bien eacutetablie (Neyens et al

2003) Mais lrsquooxydation par H2O2 nrsquoest pas suffisamment efficace pour de fortes concentrations

en colorant Hamada et al (1998) ont proposeacute de traiter les colorants azoiumlques par hypochlorure

de sodium Cependant si la moleacutecule initiale est deacutetruite les halogegravenes sont susceptibles de

former des trihalomeacutethanes comme sous-produits de deacutegradation lesquels sont canceacuterigegravenes

pour lrsquoHomme

Drsquoougrave la neacutecessiteacute drsquoutiliser des produits drsquooxydation encore plus performant comme les

proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutes (POA)

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation

Avanceacutee (POA)

Lrsquoindustrialisation intensive qui a vu le jour au cours du dernier siegravecle a causeacute lrsquoapparition dans

lrsquoenvironnement de polluants eacutemergents reacutefractaires qui sont reconnus canceacuterigegravenes et

mutagegravenes Dans lrsquooptique de limiter la pollution de lrsquoenvironnement des strateacutegies de

traitement efficaces et eacutecologiques ont eacuteteacute deacuteveloppeacutees Parmi ces strateacutegies se trouve

lrsquoapplication des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee (POA) Figure 3

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Il srsquoagit de proceacutedeacutes de traitement oxydatif qui peuvent ecirctre subdiviseacutes en quatre groupes

(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse

utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et reacutepondent aux

critegraveres suivant (Suty et al 2003)

Ne pas induire de pollution secondaire

Non toxique

Non corrosif pour les eacutequipements

Etre le plus rentable possible

Etre relativement le plus simple agrave manipuler

Les OHbull sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse utiliser dans le domaine des

eaux et des effluents industriels avec une vitesse drsquooxydation (109

fois plus eacuteleveacutee) agrave celle de

lrsquoozone et son potentiel drsquooxydation est de 28 VENH (Parsons 2004) Tableau 1

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique

Oxydant Pouvoir oxydant Edeg (VENH)

OHbull 280

Oo 242

O3 207

H2O2 (milieu acide) 178

Cl2 136

O2 123

Plusieurs secteurs ont utiliseacutes ces proceacutedeacutes pour traiter leurs eaux par exemple Parsons (2004)

lrsquoa utiliseacute pour le traitement des eaux de surface et souterraines Martinez-Huitle and Ferro

(2006) lrsquoont utiliseacute pour le traitement des eaux industrielles Hayet (2011) lrsquoa testeacute dans

lrsquoeacutelimination du 4- chloropheacutenol Hsing et al (2007) et Wu and Chang (2006) ont lrsquoutiliseacute pour

deacutecolorer les eaux des industries textiles Bouafia (2010) a utiliseacute le proceacutedeacute drsquooxydation

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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avanceacutee baseacutee sur le reacuteactif de fenton pour deacutegrader les colorants textiles Derradji (2012) a

coupleacute le POA avec un traitement biologique pour le traitement des eaux useacutees industrielles

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

)

Fenton avait deacutecrivit agrave la fin du XIX egraveme

siegravecle que le fer ferreux (Fe2+

) favorisait fortement

lrsquooxydation de lrsquoacide maleacuteique par le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) en milieu acide (Fenton

1894) Des travaux ulteacuterieurs ont montreacute que la combinaison de H2O2 et de Fe2+

nommeacute

laquo Reacuteactif de Fenton raquo eacutetant un oxydant efficace pour une grande varieacuteteacute de substrats

organiques notamment les pheacutenols les pesticides les aromatiques polycycliques et des

colorants en particulier les azoiumlques (Spadaro et al 1994 Benitez et al 2001 De Heredia et

al 2001) Quarante (40) ans plus tard Haber and Weiss (1934) identifiaient le radical

Hydroxyl comme eacutetant lrsquoespegravece oxydante de la reacuteaction preacutesenteacutee ci-dessous et communeacutement

appeleacutee reacuteaction de Fenton

(Eq2)

Le fer ferrique geacuteneacutereacute peut ensuite reacuteagir avec le peroxyde drsquohydrogegravene pour redonner le fer

ferreux

(Eq3)

La vitesse de deacutecomposition de H2O2 par le Fer II augmente lorsque le pH augmente (le 5) car

dans cette gamme de pH la forme preacutedominante Fe(OH) 2+

est beaucoup plus reacuteactive que lrsquoion

Fe2+

(Kuo 1992)

Lrsquoeacutetude de la deacutepollution des effluents textiles coloreacutes par le proceacutedeacute Fenton (systegraveme H2O2

Fe2+

) a eacuteteacute reacuteveacuteleacutee tregraves efficace et plusieurs eacutetudes ont montreacute que le taux de mineacuteralisation des

colorants syntheacutetiques augmente avec lrsquoaugmentation des doses des reacuteactifs et du temps de

reacuteaction Le rapport des reacuteactifs R =

et le rapport

joue aussi un rocircle important

dans la vitesse de deacutegradation de colorants de deacutepart et sur le taux de mineacuteralisation (Kuo

1992)

Le proceacutedeacute Fenton possegravede trois (03) caracteacuteristiques attractives pour le traitement des

composeacutes organiques (Redha 2011)

Les radicaux hydroxyles OHbull produits reacuteagissent tregraves rapidement (10

9 fois plus reacuteactif

que le O3)

Les reacuteactifs sont simples agrave manipuler et sans danger pour lrsquoenvironnement

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Les produits finaux de deacutegradation (H2O CO2 ions mineacuteraux et hydroxydes ferriques)

nrsquointroduisent pas une pollution suppleacutementaire

Le proceacutedeacute de Fenton est composeacute geacuteneacuteralement de quatre eacutetapes principales ajustement du

pH oxydation neutralisation et coagulationpreacutecipitation Pour lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute la

reacuteaction de fenton ne peut se produire qursquoagrave un pH voisin ou eacutegal agrave 3 ce qui reacutesulte un ajout des

solutions acides Au-delagrave des valeurs de pH comprises entre 3 et 4 le fer (Fe2+

ou Fe3+

) est

susceptible de preacutecipiter et former des hydroxydes de fer induisant ainsi une faible activiteacute

catalytique Le milieu doit ecirctre approvisionneacute drsquoune maniegravere continue Ce qui peut alourdir les

couts de traitement

Le proceacutedeacute Fenton est consideacutereacute aujourdrsquohui comme le proceacutedeacute dont sa mise en œuvre est facile

et plus utiliseacute dans le monde pour le traitement drsquoeffluents industriels textiles mais le proceacutedeacute

est limiteacute par le manque de geacuteneacuteration du catalyseur qui neacutecessite geacuteneacuteralement un apport

constat en reacuteactif et qui contraint de ce fait agrave lrsquoapprovisionner en continu le milieu en peroxyde

drsquohydrogegravene (H2O2) tregraves couteux

III- LA LATERITE

Le Burkina-Faso est un pays de lrsquoAfrique occidentale avec une superficie de 274 000 kmsup2 et le

recouvrement lateacuteritique est un caractegravere dominant des paysages peacuteneacuteplaines ou tabulaires qui

caracteacuterisent sa plus grande partie Les lateacuterites se preacutesentent sous forme de plateaux eacutetendus

buttes teacutemoins cuirasses indureacutes etc Lrsquoeacutepaisseur de ces lateacuterites varie selon la nature des

formations sur lesquelles elles se reposent

La lateacuterite (du latin later brique) est une roche rouge ou brun qui se forme par alteacuteration des

roches sous les climats tropicaux Elle est constitueacutee du fer (Limonite ferrihydrite geothite

heacutematite) drsquoaluminium (Gibbsite cliachite boehmite) de titane de manganegravese et de

silicium On la trouve surtout en domaine intertropical et recouvre 33 des continents

Pour lrsquoeacutetude de la deacutegradation du colorant BM nous avons utiliseacute deux types de lateacuterite

provenant lrsquoune de la reacutegion de Koubri dans le Centre et contenant 314 de fer et lrsquoautre dans

la reacutegion Sud-Ouest du Burkina-Faso contenant 447 pour le traitement (Figure 4) Ces

lateacuterites ont eacuteteacute caracteacuteriseacutees au Laboratoire CRISMAT (Centre National de Recherche et de

Technologie Mateacuteriaux ENSI Caen) en France

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE

Lrsquoutilisation des substances organiques dans lrsquoindustrie sans traitement est la deacutegradation de la

qualiteacute des eaux qui se reacutepercute sur la santeacute de lrsquoecirctre humain Dans ce chapitre nous allons voir

les produits et mateacuteriels ainsi que la meacutethodologie expeacuterimentale utiliseacutes pour la deacutegradation du

colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute Fenton en phase homogegravene en utilisant le fer

industriel puis le fer extrait de la lateacuterite

Nous preacutesentons en premier lieu la technique du dosage du BM et les reacuteactifs utiliseacutes pour la

deacutegradation de notre colorant Nous eacutevoquons les techniques de caracteacuterisation de la lateacuterite par

diffraction des rayons X et analyse quantitative

I- PRODUITS ET MATERIELS

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite)

Pour lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite nous avons utiliseacute

certains reacuteactifs qui sont illustreacutes dans le tableau 2

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes

Produits Fournisseur Qualiteacute

Bleu de meacutethylegravene Fluka 96

Peroxyde drsquohydrogegravene

(H2O2)

Preacutepareacute par

Laboratoires Gilbert (CA 655-

301-3)

9

Acide sulfurique (H2SO4) Sigma-Aldrich (CA 7664-93-9) 95-97

Sulfate ferreux (FeSO4

7H2O

Fluka Chemika (CA44990) 98

Hydroxyde de Sodium

NaOH

Sigma Aldrich 32

Eau ultra-pure ou Milli-Q Polisseur drsquoeau du LEDES 0055 microScm ou 183

2- Mateacuteriels utiliseacutes

Les mateacuteriels utiliseacutes pour les suivis cineacutetiques de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite sont la spectrophotomeacutetrie DR 5000 la lateacuterite et les trois types drsquoacides

lrsquoacide sulfurique lrsquoacide chlorhydrique lrsquoacide nitrique pour lrsquoextraction du fer de la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM

Les eacutechantillons de lateacuterites utiliseacutees lors de ce travail ont eacuteteacute caracteacuteriseacutes au Laboratoire

CRISMAT (Centre National de Recherche Technologique Mateacuteriaux ENSI Caen) en France Ils

proviennent de deux reacutegions du Burkina-Faso (Dano et Koubri) contiennent respectivement 44

7 et 314 de fer et ont eacuteteacute obtenus par les analyses en diffraction des rayons X (DRX) et en

microscopie eacutelectronique agrave balayage (MEB)

Le principe de lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS

Lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS est une analyse quantitative en des points ou zones speacutecifiques dun

eacutechantillon en utilisant la spectromeacutetrie agrave seacutelection deacutenergie (EDS)

Son principe est que par lintermeacutediaire dun canon agrave eacutelectrons un faisceau deacutelectrons est envoyeacute

sur leacutechantillon En contact avec la matiegravere ces eacutelectrons interagissent de diffeacuterentes faccedilons

Le MEB-EDS du laboratoire va permettre dexploiter trois informations distinctes dont deux qui

vont ecirctre traduites en images

-Une image en eacutelectrons secondaires (SE) qui naicirct dune interaction entre les eacutelectrons du

faisceau et les eacutelectrons des couches eacutelectroniques de latome et qui nous donnera une

information topographique de leacutechantillon

- Une image en eacutelectrons reacutetrodiffuseacutes (BSE) qui reacutesulte de linteraction entre les eacutelectrons du

faisceau le noyau et le nuage eacutelectronique de latome et qui permettra de creacuteer une image par

contraste chimique

- Une troisiegraveme information que lon obtient est une analyse eacuteleacutementaire le microscope

eacutelectronique agrave balayage eacutetant coupleacute agrave un deacutetecteur de rayons X agrave dispersion deacutenergie

Le principe de lrsquoanalyse par Diffraction Rayon X (DRX)

La diffraction des rayons X est une technique danalyse fondeacutee comme son nom lrsquoindique sur la

diffraction des rayons X sur la matiegravere La diffraction des rayons X est un pheacutenomegravene

dinterfeacuterence constructive qui se produit quand un faisceau de rayons X (onde

eacutelectromagneacutetique) peacutenegravetre dans un cristal (empilement peacuteriodique datomes) Il peut donc

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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apparaitre quand on place un monocristal un poly-cristal ou une poudre devant une source de

rayons X Lemplacement des faisceaux diffracteacutes nous informe sur la peacuteriodiciteacute du (des) cristal

tandis que lintensiteacute de ces faisceaux nous informe sur la nature et la position des atomes

contenus dans le cristal La position des intensiteacutes diffracteacutees nous renseignera sur la taille de la

maille tandis que lintensiteacute nous permettra de calculer la position des atomes dans la maille

ainsi que leur nature Les proprieacuteteacutes chimiques ou physiques dun mateacuteriau deacutependent de la

position et la nature des atomes du cristal

Les caracteacuteristiques du diffractomegravetre des eacutechantillons de la poudre de lateacuterite analyseacutee sur un

diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 eacutequipeacute drsquoun monochromateur avant et drsquoun deacutetecteur Lynx-

Eye sont rassembleacutees dans le tableau et figures ci-dessous

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Position initiale [deg2Th] 10 0050

Position finale [deg2Th] 99 9910

Taille [deg2Th] 00110

Temps drsquoeacutetape de balayage [s] 1170

Fente de divergence Fixed

Fente de divergence [mm] 2

Tempeacuterature de mesure [degC] 21

Mateacuteriel drsquoanode Cu

K Alpha 1 [Aring] 154060

Geacuteneacuterateur 40 mA 40 kV

Monochromateur de rayon incident Oui

Rotation Non

Ouverture de deacutetecteur [deg] 35

Deacutetecteur de discrimination LL [V] 017

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri

Les diffeacuterentes phases des eacutechantillons de lateacuterites par lrsquoanalyse en diffraction RX sont

reacutecapituleacutees sur ce tableau

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

Phase Koubri Dano

-massique -massique

Phase majoritaire Kaolinite 333 36

Quartz 326 161

Deuxiegraveme sous-ensemble de phase Goethite FeO(OH) 211 352

Heacutematite Fe2O3 73 63

Ferrite

(fer-alpha)

3 32

Phase anatase TiO2 27

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene

La solution megravere du BM de concentration 1 g L-1

a eacuteteacute preacutepareacutee en mettant les cristaux dans un

litre drsquoeau distilleacutee Les solutions standard pour lrsquoeacutetablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage ont

eacuteteacute obtenues par des dilutions successives jusqursquoaux concentrations deacutesireacutees

Le suivi de lrsquoeacutevolution de la concentration du BM au cours du temps est fait par

spectrophotomeacutetrie UVVisible

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible

La spectrophotomeacutetrie est une technique analytique quantitative qui consiste agrave mesurer

lrsquoabsorbance ou la densiteacute optique drsquoune substance chimique donneacutee en solution La meacutethode

repose sur la loi de Beer-Lambert qui eacutenonce

Lorsqursquoune substance absorbe de la lumiegravere dans le domaine de lrsquoultra-violet et du

visible lrsquoeacutenergie absorbeacutee provoque des perturbations dans la structure eacutelectronique des

atomes ions ou moleacutecules Un ou plusieurs eacutelectrons utilisent cette eacutenergie pour sauter

drsquoun niveau de basse eacutenergie agrave un niveau de plus haute eacutenergie Ces transitions

eacutelectroniques se font dans le domaine de 350 agrave 800nm pour le visible et entre 200 agrave 350

nm pour lrsquoultra-violet

Un milieu homogegravene traverseacute par la lumiegravere absorbe une partie de celle-ci les

diffeacuterentes radiations constituant le faisceau incident sont diffeacuteremment absorbeacutees

suivant leur longueur drsquoonde et les radiations transmisses sont alors caracteacuteristiques du

milieu

Soit un rayon lumineux monochromatique de longueur drsquoonde λ traversant un milieu

homogegravene drsquoeacutepaisseur l Le taux de deacutecroissance de lrsquointensiteacute lumineuse en fonction de

lrsquoeacutepaisseur du milieu absorbant est donneacute par la loi de Lambert

A= log (

) (Eq4)

Avec

I0 intensiteacute initiale de la lumiegravere traverseacutee

I intensiteacute de la lumiegravere transmise

A absorbance

La spectrophotomeacutetrie UVVisible permet de suivre la deacutecoloration des solutions gracircce aux

absorbances qui eacutevoluent en fonction du temps de traitement Elle permet eacutegalement de suivre

lrsquoeacutevolution des ions gracircce agrave leurs diffeacuterents dosages

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM

a- Deacutetermination des longueurs drsquoondes drsquoabsorption maximale

Le spectre drsquoabsorbance du BM a eacuteteacute balayeacute entre 200 et 800 nm afin de suivre quantitativement

sa concentration Les pics de notre colorant sont obtenus agrave 661nm et 291nm (fig 8) Les

diffeacuterentes absorbances ont eacuteteacute deacutetermineacutees et une courbe deacutetalonnage a eacuteteacute traceacutee en utilisant

des solutions standard variant de 0 agrave 8 mg L-1

pour les deux longueurs drsquoondes

Figure 8 Spectre du Bleu de meacutethylegravene

b- Etablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage du BM

La concentration [Fx] des solutions eacutetalon varie de 1 agrave 8 mg L-1

Les volumes agrave preacutelever sont

calculeacutes en appliquant lrsquoeacutequation suivante

(Eq5)

Avec [Fx] - Concentration de lrsquoeacutetalon

Vx - Volume drsquoeacutetalon agrave preacuteparer

[M] - Concentration de la solution megravere

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene

Solution Zero 1 2 3 4 5

Concentration [mgL-1] 0 2 3 4 6 8

Volume neacutecessaire [mL] 0 02 03 04 06 08

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour tracer la courbe drsquoeacutetalonnage nous avons introduit les diffeacuterents volumes dans des fioles de

100 mL ensuite nous avons compleacuteteacute agrave lrsquoeau distilleacutee jusqursquoau trait de jauge On a mis la

spectrophotomeacutetrie en marche et proceacutedeacute agrave la lecture du blanc puis successivement des solutions

eacutetalons

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm)

Solution 0 1 2 3 4 5

Con (mg L-1

) 0 2 3 4 6 8

Absorbance (nm) pour λ = 661 0 085 13 18 23 3

Absorbance (nm) pour λ = 291 0 04 06 09 12 17

Figure 9 Courbe deacutetalonnage (λmax = 661 nm et λmax = 291 nm) variation de labsorbance en

fonction de la concentration du BM

4- Preacuteparation des solutions de fer

a- Solution de fer industriel

Le reacuteactif utiliseacute est le sulfate ferreux ou sulfate de fer (II) drsquoune poudre blanchacirctre agrave lrsquoeacutetat

anhydre dont la formule est FeSO4 7H2O Pour la preacuteparation du Fe2+

de concentration 3 g L-1

nous avons verseacute 3 g du sulfate ferreux anhydre dans une fiole de 1 L contenant 500 mL drsquoeau

milli-Q puis ajouter une (1) goutte drsquoacide sulfurique (H2SO4) concentreacute agrave 98 dans la fiole et

laisser agiter pendant 30 secondes Apregraves compleacuteter jusqursquoau trait de jauge et placer sous

agitation durant 1 h jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune solution de couleur rouge brique

b- Solution de fer de la lateacuterite

Pour la deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite les solutions de la lateacuterite

ont eacuteteacute preacutepareacutees de la maniegravere suivante

Pour le lit de lateacuterite nous avons preacuteleveacute

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

Compleacuteter drsquoeau milli-Q (eau ultra pure) jusqursquoau trait de jauge

y = 03938x

Rsup2 = 09869

0

05

1

15

2

25

3

35

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

661nm

y = 02094x

Rsup2 = 09972

0

02

04

06

08

1

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

291 nm

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Ajuster par la suite le pH de la solution agrave 3 avec lrsquoacide sulfurique (concentreacute agrave

95-97)

Figure 8 Lit de lateacuterite

Pour la lateacuterite attaqueacute par de lrsquoacide concentreacute pour lrsquoextraction du Fer

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

30 m L drsquoacide (HClHNO3H2SO4)

Ajouter avec prudence 20 mL drsquoeau milli-Q pour avoir 50 mL de solution

Preacutelever le surnageant pour le traitement du bleu de meacutethylegravene

Figure 9 Attaque acide de la lateacuterite

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton

Lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM srsquoest faite par trois diffeacuterentes eacutetapes

Une solution du BM est soumise agrave un traitement par proceacutedeacute Fenton en utilisant du H2O2

et le fer industriel (Fe2+

) ajustement du pH agrave 3 (Fig12)

Figure 10 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour la deacutegradation du BM en utilisant la lateacuterite deux eacutetapes ont eacuteteacute imageacutes lrsquoune par

un lit de lateacuterite et lrsquoautre par la lateacuterite attaqueacutee par trois types drsquoacides (Fig13)

Figure 11 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM

Nous avons deacutetermineacute la cineacutetique de deacutecoloration agrave partir des valeurs des absorbances trouveacutees

agrave 661nm La deacutetermination de la constante de vitesse kapp permet de donner un ordre de

grandeur de la vitesse Expeacuterimentalement on peut montrer que la vitesse de reacuteaction bilan du

BM srsquoeacutecrit de la maniegravere suivante

Bleu de meacutethylegravene + OHbull rarr sous-produit du bleu de meacutethylegravene (Eq6)

Pour la cineacutetique drsquoordre 1

V = -

= kapp (Eq7) reacuteaction de pseudo ordre un laquo1 raquo

Avec

V vitesse de deacutegradation catalytique (mg L-1

h-1

)

kapp constante apparente de deacutegradation (min ou h-1

)

[BM] concentration du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

t temps de reacuteaction (h)

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

Ln (

) = kapp t (Eq8)

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Figure 12 Reacuteaction de pseudo ordre 1

Pour la cineacutetique drsquoordre 2

V = -

= kapp (Eq9) reacuteaction de pseudo ordre un laquo2 raquo

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

int

= - int

(Eq10)

(Eq11)

Figure 13 Reacuteaction de pseudo ordre 2

Pour le calcul des rendements ou taux drsquoabattement (τ) agrave lrsquoissu des eacutetudes cineacutetiques de

deacutegradation du BM nous avons utiliseacute cette formule ci-dessous

τ =

(Eq12)

Rsup2 = 09863

-070

-060

-050

-040

-030

-020

-010

000

0 2 4 6 8

ln (C

Co)

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 1

Rsup2 = 09499

0

0005

001

0015

002

0025

003

0 2 4 6 8

1C

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 2

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL

Tous les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes agrave tempeacuterature ambiante (25degC) Les concentrations du bleu de

meacutethylegravene choisies pour lrsquoexpeacuterience sont 10 et 40 mg L-1

1- Effet de pH du milieu

Etant donneacute que le proceacutedeacute Fenton est baseacute sur lrsquoeffet catalytique du Fer et plus preacuteciseacutement

du Fe2+

il nous est paru neacutecessaire de commencer lrsquoeacutetude par la deacutetermination du pH

optimale pour le proceacutedeacute Lrsquoajustement du pH du milieu srsquoeffectue agrave lrsquoaide drsquoune solution

drsquoacide sulfurique Ce choix est justifieacute par lrsquoexistence deacutejagrave au sein de la solution des ions

2-

suite agrave lrsquoaddition du Fe2+

sous la forme de FeSO4 7H2O

Les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes avec une concentration en BM de 20 mg L-1

un rapport R = 15

correspondant agrave des concentrations de 6 et 040 mg L-1

en H2O2 et Fe2+

respectivement et

pour des valeurs de pH variant entre 3 et 5 Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacute sur figure 16

Figure 14 Effet du pH

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t = 20

min)

pH Rendement ()

3 96

35 5245

4 6156

5 5509

000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 5 10 15 20

[BM

] m

gL

ˉˡ

temps de deacutegradation (mn)

pH = 3

pH = 35

pH = 4

pH = 5

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Drsquoapregraves le tableau preacutecegravedent nous observons que le pH favorable pour la deacutegradation du BM

par le proceacutedeacute Fenton est pH = 3 avec un taux de deacutegradation de 96 au bout de 20 min

De nombreux travaux sur les proceacutedeacutes Fenton ont montreacute que le pH 3 semble ecirctre la meilleure

valeur pour une deacutegradation optimale des polluants organique ((Tang and Huang 1996 Kuo

and Lo 1999) Pour la suite du travail nous adopterons deacutesormais cette valeur de pH

2- Effet de la concentration en BM

Nous avons traiteacute agrave un pH = 3 et agrave 25degC deux solutions du BM de concentration diffeacuterentes

(10 mg L-1

et 40 mg L-1

) en fixant les concentrations de Fe2+

agrave 134 mg L-1

et celle du H2O2 agrave

6 mg L-1

(figure 17)

Figure 15Effet de la concentration du BM

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM

[BM] mg L-1

Rendement () Temps de

deacutecoloration (min)

10 9738 8

40 9565 14

Nous avons constateacute que la concentration du BM de concentration 10 mg L-1

srsquoest deacutegradeacutee

rapidement et complegravetement avec un temps de deacutecoloration (td) de 8 min tandis que celle de

40 mg L-1

est plus lente avec un td de 14 min Donc plus la solution est concentreacutee plus le

temps de deacutegradation est important

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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La cineacutetique de deacutecoloration du colorant BM de concentrations respectives de 10 et

40 mg L-1

obeacuteit agrave la loi cineacutetique de pseudo premier

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM

Solution kapp

BM = 10 mg L-1

028

BM = 40 mg L-1

010

La deacutetermination de la constante apparente de vitesse montre eacutegalement que cette derniegravere

varie en fonction de la concentration en BM En effet la valeur de kapp est deux fois plus

supeacuterieure pour une concentration en BM de 10 mg L-1

que pour celle de 40 mg L-1

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene

Figure 16 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel

Une solution du bleu de meacutethylegravene de concentration 40 mg L-1

est soumise agrave un traitement par

proceacutedeacute Fenton en utilisant 6 mg L-1

de H2O2 et le fer industriel agrave une concentration de 134

mg L-1

Des preacutelegravevements ont eacuteteacute effectueacutes agrave des intervalles reacuteguliers de temps afin de suivre

lrsquoeacutevolution de la deacutegradation par Spectrophotomeacutetrie Lrsquoanalyse spectromeacutetrique des

eacutechantillons est effectueacutee par un balayage du spectre UV-Visible entre 200 et 800 nm (figure

18)

Nous remarquons que plus le temps de traitement est important plus le pic drsquoabsorbance dans

le visible agrave 661 diminue drsquointensiteacute pour srsquoannuler complegravetement agrave partir du 30 min Par

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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contre le pic dans le domaine UV agrave 291 il diminue certes drsquointensiteacute mais ne srsquoannule pas

mecircme apregraves 45 min de traitement

Ce reacutesultat nous permet de conclure que le proceacutedeacute Fenton permet une deacutegradation partielle

de la moleacutecule du BM au bout de notre temps de reacuteaction Drsquoapregraves Cao et al (1999) les pics

appartenant aux domaine drsquoUV entre 200 et 260 sont relatives au cycle benzegravene mono ou

poly substitueacute Ceci revient agrave dire que la deacutegradation du BM passe par deux eacutetapes

Deacutegradation du groupement fonctionnel de la moleacutecule du BM (λ = 661 nm) crsquoest agrave

dire que la rupture de lrsquoheacuteteacuterocycle central entraine la perte des conjugaisons des deux

lateacuteraux ce qui explique la deacutecoloration plus ou moins rapide de la solution

La deacutegradation des cycles benzegravene persistant en solution est beaucoup plus lente

puisque lrsquointensiteacute de ce pic (λ = 291 nm) diminue mais ne srsquoannule pas alors que la

solution est claire On peut dire eacutegalement que cette deacutegradation des cycles benzegravene

persistants est due au temps de reacuteaction trop court

4- Effet de la concentration du H2O2

a) En Absence de Fer

En utilisant deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

nous

avons varieacute les concentrations du H2O2 de 1 agrave 6 mg L-1

en absence du fer agrave un pH = 3 et agrave

tempeacuterature ambiante Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacutes sur la figure ci-dessous

Figure 19 Deacutegradation du BM par H2O2 seul

Quel que soit la concentration du BM 10 mg L-1

ou 40 mg L-1

lrsquoeffet du H2O2 sur la

deacutegradation du colorant est pratiquement nulle En effet apregraves un temps arbitraire de 20 min

de traitement on remarque un taux drsquoabattement de 17 pour la concentration en BM de 10

mg L-1

alors qursquoil est nul pour une concentration initiale de 40 mg L-1

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Il est donc clair que le pouvoir oxydant du H2O2 nrsquoest pas assez suffisant pour pouvoir

deacutegrader le BM En effet le H2O2 agrave un pouvoir oxydant de Edeg = 176 VENH par contre

celui drsquoOHbull est de 28 VENH

La mecircme conclusion a eacuteteacute observeacute par Naima (2008) sur lrsquoutilisation du H2O2 seul dans le

traitement des huiles drsquoolive (margines) Le reacutesultat a donneacute que le H2O2 seul pour des valeurs

de concentrations 3 et 20 g L-1

ne peut eacuteliminer totalement la margine de lrsquoeffluents drsquohuilerie

drsquoolive de concentration initiale de 1 g L-1

la moyenne de taux drsquoabattement obtenue ne

deacutepasse pas la valeur de 32 Yameogo (2013) a remarqueacute eacutegalement que lrsquoutilisation du

H2O2 seul nrsquoa eu aucune influence sur la deacutegradation de lrsquoamarante par proceacutedeacute photo-fenton

et heacuteteacuterogegravene avec charbon actif la concentration nrsquoa pas varieacute tout au long du traitement

b) En preacutesence du Fer

Lrsquoefficaciteacute du traitement est donc tributaire de lrsquoexistence de deux entiteacutes H2O2 et Fe2+

En

effet Bach et al (2010) ont utiliseacute le Fe2+

pour traiter lrsquoeau industrielle ils ont trouveacute que le

fer a permis de mineacuteraliser 95 drsquoeacutethylegravene-glycol et 85 de pheacutenol dans une eau industrielle

par proceacutedeacute Fenton Marciel et al (2004) ont remarqueacute que lrsquoapport de sulfate ferreux a

ameacutelioreacute la reacuteduction du COT de 45 agrave 55 lors drsquoune eacutetude drsquooxydation drsquoune solution

pheacutenolique par le proceacutedeacute photo-fenton

Pour la suite Nous avons maintenu la mecircme variation des concentrations en H2O2 (de 1 agrave 6

mg L-1

) mais en additionnant le fer industriel (sulfate ferreux) avec une concentration de 134

mg L-1

pour deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

agrave

tempeacuterature ambiante et agrave un pH eacutegale agrave 3 Ceci revient qursquoen solution le rapport R =

varie de 075 15 25 5 (Figure 20)

Figure 17 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

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Quel que soit la concentration initiale en BM ou en H2O2 lrsquoaddition du fer a entraineacute

lrsquoapparition de la deacutegradation graduelle de la coloration

Plus la concentration en H2O2 est importante plus la vitesse de deacutegradation augmente

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

[BM] mg L-1

10 40

Variation de H2O2 Rendement () Rendement ()

1 6730 5508

2 8522 7029

3 9769 9632

6 9954 9860

La figure 20 montre que taux de deacutecoloration en preacutesence du catalyseur devient plus

important avec lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 Il passe apregraves 60 min de

traitement de 6730 pour une concentration en H2O2 de 1 mg L-1

agrave 9954 pour celle de 6

mg L-1

Ceci est parfaitement preacutevisible puisque lrsquoexistence de lrsquoHydroxyde radicalaire principale

responsable de la deacutegradation est tributaire de la concentration initial en H2O2 (Eq2 sect 11)

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence de

la variation du H2O2

[BM] = 10 mg L-1

[BM] = 40 mg L-1

Ordre de la

reacuteaction k k

075 00036 00005 Ordre 2

15 00092 00007

25 0067 0065 Ordre 1

5 02879 0103

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Nous remarquons que lorsque la concentration en H2O2 augmente lrsquoordre partiel de la reacuteaction

change En effet pour des concentrations en H2O2 lt 3 mg L-1

la reacuteaction de deacutegradation est de

lrsquoordre 2 alors que pour des concentrations plus eacuteleveacutees elle est drsquoordre 1

Nadjette (2009) a montreacute que la deacutegradation du Meacutethyle Orange en preacutesence de dioxyde de

titane (TiO2) suit une cineacutetique drsquoordre 1 Redha (2011) a trouveacute eacutegalement lrsquoordre partiel de

la reacuteaction est eacutegal agrave 1 lors de son eacutetude sur le traitement du Rouge drsquoalizarine S et lrsquoOrange

G par proceacutedeacute drsquooxydation avanceacutee (POA)

Bennani et al (2010) ont eacutelimineacute le bleu de meacutethylegravene en solution aqueuse par lrsquoargile de Safi

(Maroc) Les reacutesultats ont montreacute que le pseudo-second ordre peut deacutecrire le comportement

cineacutetique de lrsquoadsorption du bleu de meacutethylegravene sur lrsquoargile brute et celle purifieacutee Des reacutesultats

similaires ont eacuteteacute observeacutes Gurses et al (2006) et Tsai et al (2007)

Les valeurs de kapp obtenus pour une solution de concentration initiale en BM de 10 mg L-1

sont supeacuterieures agrave celles obtenues pour la solution de 40 mg L-1

et ce lagrave quel que soit lrsquoordre

de la reacuteaction ou la concentration en H2O2 en solution Ces valeurs augmentent avec

lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 et passe de 36 10-3

agrave 02879 et de 05 10-3

agrave 0103

pour une les solutions en BM de 10 et 40 mg L-1

respectivement

5- Effet de la concentration en fer

Pour la suite nous eacutetudierons lrsquoeffet de la concentration en Fer sur lrsquoefficaciteacute du traitement

du BM pour deux solutions de concentration 10 et 40 mg L-1

en BM Les essais ont eacuteteacute

reacutealiseacutes en maintenant constante la concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

et en faisant varieacute la

concentration en Fe2+

de 02 agrave 134 mg L-1

correspondant agrave une variation du rapport R =

de 5 agrave 30

Figure 18 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM

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En absence de fer aucune baisse dans la concentration en BM nrsquoest observeacutee Pourtant degraves

lrsquoajout drsquoune faible concentration (02 mg L-1

) entraine une diminution progressive de la

couleur au cours du temps Il est eacutegalement observeacute que quel que soit la concentration initiale

en BM le temps de deacutegradation (td) du colorant est inversement proportionnel agrave la

concentration en Fe2+

en solution En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

td

passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 alors que pour une concentration

de 40 mg L-1

il passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig22)

Figure 19 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer industriel

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction du rapport R

[BM] = 10 mg L

-1 [BM] = 40 mg L

-1

kapp kapp

OR

DR

E

1

par

rapport

agrave B

M 30 00027 00125

15 00061 00321

10 0026 00496

5 02879 0103

Nous remarquons que lrsquoeffet de lrsquoaugmentation de la concentration en Fe2+

en solution sur la

cineacutetique de deacutegradation du BM est beaucoup plus important pour des faibles concentrations

(10 mg L-1

) que pour les fortes concentrations (40 mg L-1

) En effet pour une variation de R de

30 agrave 10 kapp eacutevolue de 27 10-4

min agrave 26 10-2

min soit un facteur 100 pour une concentration

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en BM de 10 mg L-1

alors qursquoelle eacutevolue de 00125 agrave 005 soit un facteur 4 pour une

concentration en BM de 40 mg L-1

Drsquoapregraves ces reacutesultats on peut conclure drsquoune faccedilon geacuteneacuterale que la preacutesence drsquoune forte

concentration du catalyseur favorise la formation des radicaux OHbull principaux responsable de

la deacutegradation du BM Pourtant il a eacuteteacute montreacute dans plusieurs eacutetudes (Brillas et al 2004

Diagne 2006 Oturan et al 1999) que le Fe2+

ajouteacute agrave forte dose entraine une perte du

rendement du proceacutedeacute puisque le Fe2+

en plus de son rocircle de catalyseur peut jouer un rocircle de

destructeur crsquoest-agrave-dire qursquoil piegravege les OHbull produits

Lrsquoeacutelimination des polluants reacutefractaires est donc tributaire de la preacutesence des ions meacutetallique

sauf qursquoil neacutecessite un apport important en Fe2+

ce qui entraine un coucirct (Bouafia 2010)

Crsquoest pour cette raison que nous avons opteacute pour lrsquoutilisation de la lateacuterite en faisant une

attaque acide afin drsquoextraire le fer pour traiter le BM

II- UTILISATION DE LATERITE

Les eacutechantillons de la lateacuterite choisie se preacutesentent tous sous forme de poudres de couleur

ocre Lrsquoapplication drsquoun proceacutedeacute qui neacutecessite des quantiteacutes preacutecis de fer est un peu difficile

pour un pays dont le taux drsquoalphabeacutetisation est seulement de 218 et un seuil de pauvreteacute

(PIB par habitant est eacutegal agrave 1500 $) En effet lrsquoajout drsquoune forte concentration du catalyseur

dans la solution agrave traiter peut diminuer lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute Fenton Lrsquoanalyse DRX a

montreacute que la lateacuterite existante au Burkina-Faso est riche en fer En effet pour la reacutegion de

Dano le pourcentage en fer atteint 44 en masse alors que pour Koubri il est de 31

La premiegravere question auquel on srsquoeacutetait poseacute est si le fer eacutetait facilement ex tractable ou bien il

neacutecessite une mineacuteralisation preacutealable

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

La figure ci-dessous montre lrsquoallure de lrsquoeffet de lit de lateacuterite de Dano drsquoune part et celui de

Koubri drsquoautre avec ajustement de pH dans une solution du BM de concentration 40 mg L-1

en maintenant ma concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 20 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

Nous observons que la solution du BM en contact avec le lit de Dano se deacutegrade plus vite que

celle en contact avec le lit de lateacuterite de Koubri Cela est ducirc au fait que la lateacuterite de Dano

libegravere plus facilement sa phase ferrique par rapport agrave celle de Koubri

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri)

Dans ce cadre nous avons compareacute lrsquoeffet drsquoun lit de lateacuterite (ajustement du pH) et une lateacuterite

attaqueacutee avec du H2SO4 sur une solution du BM agrave 40 mg L-1

La concentration en H2O2 eacutetant

maintenue agrave 6 mg L-1

(figure 24)

Figure 21 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri

La figure 24 montre que la quantiteacute de colorant deacutegradeacutee deacutecroit plus rapidement dans le cas

de lrsquoattaque acide Ce comportement est ducirc qursquoelle libegravere plus de Fe2+

en solution Le Fe2+

en

contact avec le H2O2 forme les radicaux hydroxyles (OHbull) pour le traitement des polluants

organiques par le proceacutedeacute Fenton

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

[BM] mg

L-1

Dano Koubri

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Rendement

()

4394 9991 364 9685

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Le taux drsquoabattement du BM par lrsquoattaque acide sur la lateacuterite de Dano est de 9991 apregraves

un temps de manipulation de 5 heures alors que celui du lit de lateacuterite (ajustement du pH) est

de 4394 pour le mecircme intervalle de temps

Cette diffeacuterence de rendement entre les lits de deux lateacuterites (Dano 4394 et Koubri

364) est due que la lateacuterite de Dano libegravere plus facilement sa phase ferrique que celle de

Koubri Etant donneacute que les phases ferriques sont les mecircmes pour les deux lateacuterites on

pourrait conclure que la diffeacuterence provient aussi du fait que la lateacuterite de Dano est beaucoup

plus riche en fer Ce qui facilite son extraction et que pour Koubri la phase Anastase en TiO2

pourrait gecircner son extraction

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et

Koubri)

Nous avons compareacute lrsquoefficaciteacute de 3 acides (sulfurique laquoH2SO4raquo chlorhydrique laquoHCl raquo et

nitrique laquoHNO3raquo) pour lrsquoextraction du fer des lateacuterites La concentration de la solution du

BM utiliseacutee est de 40 mg L-1

la concentration en H2O2 est toujours maintenue agrave 6 mg L-1

Figure 22 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri

La figure 25 montre que la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est la plus efficace pour la

deacutecoloration de la solution En effet Pour la lateacuterite de Dano le td est de 40 mn pour le H2SO4

et drsquoune heure (1h) et 1h30 pour le HNO3 et le HCl respectivement Pour celle de Koubri le

td de la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est drsquoune heure (1h) tandis que pour des deux autres

acides HCl et HNO3 les td sont respectivement de deux (2h) et quatre heure (4h)

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri

[BM] mg L-1

Dano Koubri

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Rendement () 9991 9890 9797 9685 9593 9223

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On peut deacuteduire que lrsquoefficaciteacute de lrsquoattaque acide par le H2SO4 utiliseacute pour extraire le fer de

la lateacuterite est due au caractegravere diacide (H2SO4)

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri)

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig26)

Figure 23 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer extrait de la lateacuterite

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction des attaques acides (Dano et Koubri)

Attaque acide Dano Koubri

kapp

OR

DR

E 1 par

rapport

agrave B

M

HCl 00127 00094

HNO3 00131 00096

H2SO4 00142 00194

Nous remarquons que lrsquoutilisation de la lateacuterite de Dano ne change pas lrsquoordre apparent de la

vitesse de deacutegradation qui reste eacutegale 1 La valeur de kapp varie de 127 10-2

min-1

pour HCl et

142 10-2

min pour H2SO4 ce qui confirme bien le reacutesultat obtenu pour la figure 19

Pour la lateacuterite de Koubri la valeur de kapp varie de 910-3

min-1

pour HCl et 194 10-2

min-1

pour H2SO4

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5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer

de la lateacuterite (Dano et Koubri)

Sur la figure 27 nous avons superposeacute les reacutesultats obtenus pour la deacutegradation drsquoune solution

de 40 mg L-1

du BM en preacutesence de 6 mg L-1

de H2O2 avec lrsquoajout de Fer extrait de la lateacuterite

de Dano et Koubri drsquoune part et le fer industriel drsquoautre part

Figure 24 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel

Il est montreacute que le taux de deacutegradation obtenu est perceptiblement le mecircme seule reste un

handicap le temps de traitement 20 min pour le fer industriel 40 min pour le fer extrait de la

lateacuterite de Dano et 1h pour celui de Koubri

Le traitement par la lateacuterite de Dano est efficace et preacutesente donc un avantage certains

puisqursquoil permet de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du BM par rapport agrave celui par la lateacuterite de

Koubri qui deacutegrade seulement que 9796

Beaucoup drsquoeacutetudes ont eacuteteacute faites sur lrsquoeacutelimination du bleu de meacutethylegravene En utilisant le

charbon actif commercial CECA40 de granulomeacutetrie infeacuterieure agrave 125 μm Houas et al (1999)

ont eacutelimineacute 93 du BM dans lrsquoeau pour un temps de contact de 5heures Kumar and

Tamilarasan (2013) ont utiliseacute 01g de charbon actif agrave base des graines drsquoacacia pour eacuteliminer

9312 de BM Bennani et al (2010) ont eacutetudieacute lrsquoadsorption BM sur lrsquoargile brute et

purifieacutee Ils ont montreacute que le processus drsquoadsorption est tregraves rapide et que 95 de la quantiteacute

adsorbeacutee est atteinte pendant les dix premiegraveres minutes Talidi (2006) a utiliseacute la pyrophyllite

(argile) il a montreacute que lrsquoadsorption du BM est de lrsquoordre de 7845 6658 et 5471

respectivement pour les concentrations initiales de 75 225 et 374ppm Sassi and Bennour

(2011) ont utiliseacute le traitement biologique par Biosorption du BM par Pseudomonas

Aeruginosa isoleacute agrave partir drsquoune boue de laiterie a montreacute un taux drsquoeacutelimination du BM variant

de 45 agrave 55 aux valeurs de pH = 7 et 8

Nous pouvons dire que le traitement par la lateacuterite a permis de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du

BM par rapport aux eacutetudes faites en utilisant drsquoautres mateacuteriaux et que la lateacuterite recouvre

000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 100 200 300

[BM

] mg

Lˉˡ

temps de traitement (mn)

Attaque acide

(Dano)

Attaque acide

(Koubri)

Fer industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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33 du continent mondial ce qui pourrait rendre son utilisation moins chegravere par rapport aux

autres traitements (Fer industriel Charbon actifhellip) puis qursquoon nrsquoa pas fait une eacutetude

eacuteconomique pour voir son cout

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CONCLUSION

Ce travail qui a porteacute sur la deacutegradation du colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute

Fenton en comparant les performances obtenues entre lrsquoutilisation du fer industriel (Fenton

classique) et le fer extrait de la lateacuterite ont montreacute que

Pour lrsquoutilisation du fer industriel la deacutegradation du BM est obtenue agrave une valeur de 3 pour

une variation du rapport des concentrations R de 15 agrave 5 et que lrsquoutilisation du peroxyde (H2O2)

seul ne peut pas deacutegrader le BM car son pouvoir oxydant nrsquoest pas assez suffisant pour

pouvoir deacutegrader le colorant Lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute est donc intimement lieacutee agrave lrsquoexistence de

deux reacuteactifs En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

le temps de deacutecoloration

(td) passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 et pour celle de 40 mg L-1

il

passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R Le traitement du BM par proceacutedeacute

fenton est donc tributaire de lrsquoutilisation de Fe2+

Afin de minimiser le coucirct du traitement et surtout voir lrsquoefficaciteacute du traitement en utilisant la

lateacuterite nous avons essayeacute de remplacer le fer industriel par le fer extrait de la lateacuterite

provenant de deux reacutegions du Burkina-Faso Dano et Koubri

Les reacutesultats obtenus par lrsquoutilisation du fer de la lateacuterite sont inteacuteressants pour des eacutetudes sur

drsquoautres colorants En effet le lit de lateacuterite avec ajustement du pH a permis une deacutegradation du

colorant de 44 pour un temps de traitement de 5h tandis que le traitement par lrsquoattaque acide

lui a deacutegradeacute le BM de pregraves que 100 En effet les taux drsquoabattements pour lrsquoattaque acide de

la lateacuterite de Dano et de Koubri sont respectivement de 99 au bout de 40 min et de 97 pour

une manipulation drsquoenviron 1 h

Cette eacutetude sur la deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en utilisation le fer de la lateacuterite

nous a permis de montrer qursquoil est possible de simplifier de point de vue utilisation et coucirct le

proceacutedeacute Fenton pour les colorants syntheacutetiques drsquoeffluents industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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PERSPECTIVES

En perspectives il serait inteacuteressant

De faire une eacutetude approfondi pour voir le cout du traitement du proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite

Essayer de traiter drsquoautres familles de colorants en utilisant la lateacuterite attaqueacutee par

lrsquoacide pour voir lrsquoefficaciteacute du systegraveme

Appliquer le traitement sur des effluents textiles reacuteels

Imaginer un systegraveme de traitement agrave grand eacutechelle

Essayer le traitement sur drsquoautres polluants reacutecalcitrant PCB pheacutenol pesticides

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Page 17: Dégradation des effluents textiles (cas d’un colorant

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 1 Bleu de meacutethylegravene et sa structure chimique

Il est couramment utiliseacute comme modegravele de contaminant organique en raison de sa structure

moleacuteculaire stable Dans la reacuteaction de reacuteduction le BM se transforme en leuco meacutethylegravene

incolore due agrave la perte du doublet libre de lrsquoazote et introduction drsquoun atome drsquohydrogegravene

Le BM sous sa forme incolore est

(Eq 1)

bleu de meacutethylegravene chlorure de meacutethylthioninium

S

N

N NCl-

hydroxyde de meacutethylthioninium

S

N

N N HO

Figure 2 Forme incolore du bleu de meacutethylegravene

Le bleu de meacutethylegravene est le colorant le plus couramment utiliseacute dans la teinture du coton du bois

et de la soie Il peut provoquer des brucirclures oculaires responsables de blessures permanentes aux

yeux de lrsquohomme et des animaux Son inhalation peut donner lieu agrave des difficulteacutes respiratoires

entrainer des cas drsquoaneacutemie apregraves une absorption prolongeacutee et son ingestion par la bouche produit

une sensation de brucirclure provoque des nauseacutees des vomissements transpiration et sueurs

froides abondantes (Ghosh and Bhattacharyya 2002) Il est aussi est toxique pour les algues et

les petits crustaceacutes agrave partir des concentrations de 01 mg L-1

et 2 mg L-1

respectivement (Ounissa

1996 Meink et al 1997)

Le traitement des rejets industriels contenant ce type de colorant srsquoavegravere drsquoun grand inteacuterecirct

II- TRAITEMENT DES REJETS TEXTILES

1- Geacuteneacuteraliteacutes sur les meacutethodes de traitements

Le traitement des rejets textiles compte tenu de leur heacuteteacuterogeacuteneacuteiteacute de composition conduira

toujours agrave la conception drsquoune chaine de traitement assurant lrsquoeacutelimination des diffeacuterents

polluants par des eacutetapes successives La premiegravere eacutetape consiste agrave eacuteliminer la pollution par

lrsquointermeacutediaire de preacutetraitement (deacutegrillage dessablage deacuteshuilage etc) etou de traitement

physique ou physico-chimique assurant une seacuteparation solide-liquide Drsquoapregraves Barclay and

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Buckley (2000) les techniques de deacutepollution intervenant le plus courant en deuxiegraveme eacutetape

dans les industries se divisent en trois cateacutegories

1- Biologique

Traitement aeacuterobie

Traitement anaeacuterobie

2- Physique

Meacutethode de preacutecipitation (coagulation floculation seacutedimentation)

Adsorption (sur charbon actif)

Osmose inverse filtration sur membrane

3- Chimique

Oxydation (oxygegravene ozone oxydants tels que le H2O2 NaOCl)

Reacuteduction (Na2S2O2)

Meacutethode de complexomeacutetrique

Reacutesine eacutechangeuse drsquoions

A- Meacutethodes biologiques

Lrsquoavanceacutee technologique a permis la conception des systegravemes de traitement biologique

perfectionneacutes en se basant sur lrsquoautoeacutepuration naturelle des eaux Ces proceacutedeacutes biologiques se

font selon deux modes traitements en aeacuterobie (en preacutesence de lrsquooxygegravene) et traitement en

anaeacuterobie (les microorganismes deacutegradent la matiegravere organique en absence de lrsquooxygegravene)

Les proceacutedeacutes drsquoeacutepuration par voie biologique sont baseacutes sur la transformation microbienne des

colorants La plupart des colorants azoiumlques sont tregraves stables et non biodeacutegradables Beaucoup

drsquoeacutetudes ont deacutemontreacute la biodeacutegradation partielle ou complegravete de certains colorants par voie

biologiques (Adnosinda et al 2003) et (Lopez et al 2004) Mecircme si ces techniques sont

adapteacutees agrave un nombre de polluants organiques elles ne sont pas toujours applicables sur les

effluents textiles industriels en raison de fortes concentrations de polluants de leur toxiciteacute qui

entrainent la destruction des microorganismes ou des boues biologiques agrave traiter

B- Meacutethodes physiques

Lorsque les eaux useacutees ne se precirctent pas agrave une deacutepollution par voie biologique (effluent peu ou

pas biodeacutegradable tempeacuterature trop faible valeurs extrecircmes de pH preacutesence de toxiques)

des proceacutedeacutes physico-chimiques classiques permettent de compenser soit en se substituant

totalement agrave lrsquoeacutepuration par voie biologique soit en traitement compleacutementaire On peut citer

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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par exemple la coagulation-floculation suivie drsquoune deacutecantation (clarification) lrsquoadsorption sur

charbon actif lrsquoeacutechange drsquoions ou la filtration membranaire

B1- Coagulation-floculation

Sous le terme de coagulationndashfloculation on entend tous les processus physico-chimiques par

lesquels des particules colloiumldales ou des solides en fine suspension sont transformeacutes par des

floculants chimiques en espegraveces plus visibles et seacuteparables (les flocs) Les flocs formeacutes sont

ensuite seacutepareacutes par deacutecantation et filtration puis eacutevacueacutes Les coagulants inorganiques tels que

lrsquoalun (Al2(SO4)314H2O) donnent les reacutesultats plus que satisfaisants pour la deacutecoloration des

effluents textiles contenant des colorants disperseacutes de cuve et soufreacutes mais sont totalement

inefficaces pour les colorants azoiumlques acides et basiques (Barclay and Buckley 2000) et

(Vendevivere et al 1998) Par ailleurs la coagulationndashfloculation ne peut ecirctre utiliseacutee pour les

colorants fortement solubles dans lrsquoeau comme le cas du BM

Le principal deacutesavantage de cette technique est qursquoelle geacutenegravere une importante quantiteacute de boue

entrainant des investissements suppleacutementaires

B2- Filtration membranaire

Dans ce proceacutedeacute les polluants sont retenus par une membrane semi permeacuteable dont le diamegravetre

des pores est infeacuterieur agrave celui des moleacutecules agrave eacuteliminer Cette technique est largement utiliseacutee

dans le domaine de lrsquoeau potable et le dessalement La filtration sur membrane sous lrsquoeffet

drsquoune pression hydraulique se deacutecline en microfiltration lrsquoultrafiltration la nano filtration et

lrsquoosmose inverse Parmi les quatre types de proceacutedeacutes la nano filtration et lrsquoosmose inverse sont

les plus adapteacutes agrave la reacuteduction partielle de la couleur et des petites moleacutecules organiques

(Taylor and Jacobs 1996) (Calobro et al 1990) En effet la nano filtration srsquoapplique surtout

au traitement des bains de teinture de colorants reacuteactifs en agissant comme un filtre moleacuteculaire

tandis que la microfiltration retient les mateacuteriaux colloiumldaux tels que les colorants disperseacutes ou

de cuve gracircce agrave une laquomembrane eacutecranraquo (Van der Bruggen et al 2003) Lrsquoultrafiltration ne

srsquoapplique qursquoagrave la reacuteduction de DCO et des solides en suspension (Anselme and Jacobs 1996)

et nrsquoest reacuteellement efficace qursquoen combinaison avec la coagulationfloculation

B3- Adsorption sur charbon actif et autres mateacuteriaux

Le polluant est transfeacutereacute de la phase liquide vers la phase solide lors de lrsquoadsorption Le

charbon actif eacutetant consideacutereacute comme lrsquoadsorbant le plus efficace pour la reacuteduction de la

couleur est limiteacute pour lrsquoeacutelimination de certains colorants Seuls les cationiques colorant agrave

mordant disperseacutes ou dits de cuve sont eacutelimineacutes par cette technique (Raghavacharya 1997)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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C- Meacutethodes chimique

Les techniques drsquooxydation chimiques sont geacuteneacuteralement appliqueacutees quand les proceacutedeacutes

biologiques sont inefficaces Elles peuvent ecirctre ainsi utiliseacutees pour les proceacutedeacutes biologiques en

eacutetapes de preacutetraitement afin de diminuer la charge polluante Lrsquooxydation chimique est

eacutegalement appliqueacutee pour le traitement des organiques dangereux preacutesents en faibles

concentrations et des effluents chargeacutes de constituants reacutesistants aux meacutethodes de

biodeacutegradation Le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) le Cl2 et O3 sont les reacuteactifs les plus souvent

utiliseacutes pour ce type de traitement Le H2O2 est un oxydant moyennement fort et son application

pour le traitement des polluants organiques et inorganiques est bien eacutetablie (Neyens et al

2003) Mais lrsquooxydation par H2O2 nrsquoest pas suffisamment efficace pour de fortes concentrations

en colorant Hamada et al (1998) ont proposeacute de traiter les colorants azoiumlques par hypochlorure

de sodium Cependant si la moleacutecule initiale est deacutetruite les halogegravenes sont susceptibles de

former des trihalomeacutethanes comme sous-produits de deacutegradation lesquels sont canceacuterigegravenes

pour lrsquoHomme

Drsquoougrave la neacutecessiteacute drsquoutiliser des produits drsquooxydation encore plus performant comme les

proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutes (POA)

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation

Avanceacutee (POA)

Lrsquoindustrialisation intensive qui a vu le jour au cours du dernier siegravecle a causeacute lrsquoapparition dans

lrsquoenvironnement de polluants eacutemergents reacutefractaires qui sont reconnus canceacuterigegravenes et

mutagegravenes Dans lrsquooptique de limiter la pollution de lrsquoenvironnement des strateacutegies de

traitement efficaces et eacutecologiques ont eacuteteacute deacuteveloppeacutees Parmi ces strateacutegies se trouve

lrsquoapplication des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee (POA) Figure 3

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Il srsquoagit de proceacutedeacutes de traitement oxydatif qui peuvent ecirctre subdiviseacutes en quatre groupes

(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse

utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et reacutepondent aux

critegraveres suivant (Suty et al 2003)

Ne pas induire de pollution secondaire

Non toxique

Non corrosif pour les eacutequipements

Etre le plus rentable possible

Etre relativement le plus simple agrave manipuler

Les OHbull sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse utiliser dans le domaine des

eaux et des effluents industriels avec une vitesse drsquooxydation (109

fois plus eacuteleveacutee) agrave celle de

lrsquoozone et son potentiel drsquooxydation est de 28 VENH (Parsons 2004) Tableau 1

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique

Oxydant Pouvoir oxydant Edeg (VENH)

OHbull 280

Oo 242

O3 207

H2O2 (milieu acide) 178

Cl2 136

O2 123

Plusieurs secteurs ont utiliseacutes ces proceacutedeacutes pour traiter leurs eaux par exemple Parsons (2004)

lrsquoa utiliseacute pour le traitement des eaux de surface et souterraines Martinez-Huitle and Ferro

(2006) lrsquoont utiliseacute pour le traitement des eaux industrielles Hayet (2011) lrsquoa testeacute dans

lrsquoeacutelimination du 4- chloropheacutenol Hsing et al (2007) et Wu and Chang (2006) ont lrsquoutiliseacute pour

deacutecolorer les eaux des industries textiles Bouafia (2010) a utiliseacute le proceacutedeacute drsquooxydation

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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avanceacutee baseacutee sur le reacuteactif de fenton pour deacutegrader les colorants textiles Derradji (2012) a

coupleacute le POA avec un traitement biologique pour le traitement des eaux useacutees industrielles

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

)

Fenton avait deacutecrivit agrave la fin du XIX egraveme

siegravecle que le fer ferreux (Fe2+

) favorisait fortement

lrsquooxydation de lrsquoacide maleacuteique par le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) en milieu acide (Fenton

1894) Des travaux ulteacuterieurs ont montreacute que la combinaison de H2O2 et de Fe2+

nommeacute

laquo Reacuteactif de Fenton raquo eacutetant un oxydant efficace pour une grande varieacuteteacute de substrats

organiques notamment les pheacutenols les pesticides les aromatiques polycycliques et des

colorants en particulier les azoiumlques (Spadaro et al 1994 Benitez et al 2001 De Heredia et

al 2001) Quarante (40) ans plus tard Haber and Weiss (1934) identifiaient le radical

Hydroxyl comme eacutetant lrsquoespegravece oxydante de la reacuteaction preacutesenteacutee ci-dessous et communeacutement

appeleacutee reacuteaction de Fenton

(Eq2)

Le fer ferrique geacuteneacutereacute peut ensuite reacuteagir avec le peroxyde drsquohydrogegravene pour redonner le fer

ferreux

(Eq3)

La vitesse de deacutecomposition de H2O2 par le Fer II augmente lorsque le pH augmente (le 5) car

dans cette gamme de pH la forme preacutedominante Fe(OH) 2+

est beaucoup plus reacuteactive que lrsquoion

Fe2+

(Kuo 1992)

Lrsquoeacutetude de la deacutepollution des effluents textiles coloreacutes par le proceacutedeacute Fenton (systegraveme H2O2

Fe2+

) a eacuteteacute reacuteveacuteleacutee tregraves efficace et plusieurs eacutetudes ont montreacute que le taux de mineacuteralisation des

colorants syntheacutetiques augmente avec lrsquoaugmentation des doses des reacuteactifs et du temps de

reacuteaction Le rapport des reacuteactifs R =

et le rapport

joue aussi un rocircle important

dans la vitesse de deacutegradation de colorants de deacutepart et sur le taux de mineacuteralisation (Kuo

1992)

Le proceacutedeacute Fenton possegravede trois (03) caracteacuteristiques attractives pour le traitement des

composeacutes organiques (Redha 2011)

Les radicaux hydroxyles OHbull produits reacuteagissent tregraves rapidement (10

9 fois plus reacuteactif

que le O3)

Les reacuteactifs sont simples agrave manipuler et sans danger pour lrsquoenvironnement

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Les produits finaux de deacutegradation (H2O CO2 ions mineacuteraux et hydroxydes ferriques)

nrsquointroduisent pas une pollution suppleacutementaire

Le proceacutedeacute de Fenton est composeacute geacuteneacuteralement de quatre eacutetapes principales ajustement du

pH oxydation neutralisation et coagulationpreacutecipitation Pour lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute la

reacuteaction de fenton ne peut se produire qursquoagrave un pH voisin ou eacutegal agrave 3 ce qui reacutesulte un ajout des

solutions acides Au-delagrave des valeurs de pH comprises entre 3 et 4 le fer (Fe2+

ou Fe3+

) est

susceptible de preacutecipiter et former des hydroxydes de fer induisant ainsi une faible activiteacute

catalytique Le milieu doit ecirctre approvisionneacute drsquoune maniegravere continue Ce qui peut alourdir les

couts de traitement

Le proceacutedeacute Fenton est consideacutereacute aujourdrsquohui comme le proceacutedeacute dont sa mise en œuvre est facile

et plus utiliseacute dans le monde pour le traitement drsquoeffluents industriels textiles mais le proceacutedeacute

est limiteacute par le manque de geacuteneacuteration du catalyseur qui neacutecessite geacuteneacuteralement un apport

constat en reacuteactif et qui contraint de ce fait agrave lrsquoapprovisionner en continu le milieu en peroxyde

drsquohydrogegravene (H2O2) tregraves couteux

III- LA LATERITE

Le Burkina-Faso est un pays de lrsquoAfrique occidentale avec une superficie de 274 000 kmsup2 et le

recouvrement lateacuteritique est un caractegravere dominant des paysages peacuteneacuteplaines ou tabulaires qui

caracteacuterisent sa plus grande partie Les lateacuterites se preacutesentent sous forme de plateaux eacutetendus

buttes teacutemoins cuirasses indureacutes etc Lrsquoeacutepaisseur de ces lateacuterites varie selon la nature des

formations sur lesquelles elles se reposent

La lateacuterite (du latin later brique) est une roche rouge ou brun qui se forme par alteacuteration des

roches sous les climats tropicaux Elle est constitueacutee du fer (Limonite ferrihydrite geothite

heacutematite) drsquoaluminium (Gibbsite cliachite boehmite) de titane de manganegravese et de

silicium On la trouve surtout en domaine intertropical et recouvre 33 des continents

Pour lrsquoeacutetude de la deacutegradation du colorant BM nous avons utiliseacute deux types de lateacuterite

provenant lrsquoune de la reacutegion de Koubri dans le Centre et contenant 314 de fer et lrsquoautre dans

la reacutegion Sud-Ouest du Burkina-Faso contenant 447 pour le traitement (Figure 4) Ces

lateacuterites ont eacuteteacute caracteacuteriseacutees au Laboratoire CRISMAT (Centre National de Recherche et de

Technologie Mateacuteriaux ENSI Caen) en France

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE

Lrsquoutilisation des substances organiques dans lrsquoindustrie sans traitement est la deacutegradation de la

qualiteacute des eaux qui se reacutepercute sur la santeacute de lrsquoecirctre humain Dans ce chapitre nous allons voir

les produits et mateacuteriels ainsi que la meacutethodologie expeacuterimentale utiliseacutes pour la deacutegradation du

colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute Fenton en phase homogegravene en utilisant le fer

industriel puis le fer extrait de la lateacuterite

Nous preacutesentons en premier lieu la technique du dosage du BM et les reacuteactifs utiliseacutes pour la

deacutegradation de notre colorant Nous eacutevoquons les techniques de caracteacuterisation de la lateacuterite par

diffraction des rayons X et analyse quantitative

I- PRODUITS ET MATERIELS

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite)

Pour lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite nous avons utiliseacute

certains reacuteactifs qui sont illustreacutes dans le tableau 2

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes

Produits Fournisseur Qualiteacute

Bleu de meacutethylegravene Fluka 96

Peroxyde drsquohydrogegravene

(H2O2)

Preacutepareacute par

Laboratoires Gilbert (CA 655-

301-3)

9

Acide sulfurique (H2SO4) Sigma-Aldrich (CA 7664-93-9) 95-97

Sulfate ferreux (FeSO4

7H2O

Fluka Chemika (CA44990) 98

Hydroxyde de Sodium

NaOH

Sigma Aldrich 32

Eau ultra-pure ou Milli-Q Polisseur drsquoeau du LEDES 0055 microScm ou 183

2- Mateacuteriels utiliseacutes

Les mateacuteriels utiliseacutes pour les suivis cineacutetiques de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite sont la spectrophotomeacutetrie DR 5000 la lateacuterite et les trois types drsquoacides

lrsquoacide sulfurique lrsquoacide chlorhydrique lrsquoacide nitrique pour lrsquoextraction du fer de la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM

Les eacutechantillons de lateacuterites utiliseacutees lors de ce travail ont eacuteteacute caracteacuteriseacutes au Laboratoire

CRISMAT (Centre National de Recherche Technologique Mateacuteriaux ENSI Caen) en France Ils

proviennent de deux reacutegions du Burkina-Faso (Dano et Koubri) contiennent respectivement 44

7 et 314 de fer et ont eacuteteacute obtenus par les analyses en diffraction des rayons X (DRX) et en

microscopie eacutelectronique agrave balayage (MEB)

Le principe de lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS

Lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS est une analyse quantitative en des points ou zones speacutecifiques dun

eacutechantillon en utilisant la spectromeacutetrie agrave seacutelection deacutenergie (EDS)

Son principe est que par lintermeacutediaire dun canon agrave eacutelectrons un faisceau deacutelectrons est envoyeacute

sur leacutechantillon En contact avec la matiegravere ces eacutelectrons interagissent de diffeacuterentes faccedilons

Le MEB-EDS du laboratoire va permettre dexploiter trois informations distinctes dont deux qui

vont ecirctre traduites en images

-Une image en eacutelectrons secondaires (SE) qui naicirct dune interaction entre les eacutelectrons du

faisceau et les eacutelectrons des couches eacutelectroniques de latome et qui nous donnera une

information topographique de leacutechantillon

- Une image en eacutelectrons reacutetrodiffuseacutes (BSE) qui reacutesulte de linteraction entre les eacutelectrons du

faisceau le noyau et le nuage eacutelectronique de latome et qui permettra de creacuteer une image par

contraste chimique

- Une troisiegraveme information que lon obtient est une analyse eacuteleacutementaire le microscope

eacutelectronique agrave balayage eacutetant coupleacute agrave un deacutetecteur de rayons X agrave dispersion deacutenergie

Le principe de lrsquoanalyse par Diffraction Rayon X (DRX)

La diffraction des rayons X est une technique danalyse fondeacutee comme son nom lrsquoindique sur la

diffraction des rayons X sur la matiegravere La diffraction des rayons X est un pheacutenomegravene

dinterfeacuterence constructive qui se produit quand un faisceau de rayons X (onde

eacutelectromagneacutetique) peacutenegravetre dans un cristal (empilement peacuteriodique datomes) Il peut donc

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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apparaitre quand on place un monocristal un poly-cristal ou une poudre devant une source de

rayons X Lemplacement des faisceaux diffracteacutes nous informe sur la peacuteriodiciteacute du (des) cristal

tandis que lintensiteacute de ces faisceaux nous informe sur la nature et la position des atomes

contenus dans le cristal La position des intensiteacutes diffracteacutees nous renseignera sur la taille de la

maille tandis que lintensiteacute nous permettra de calculer la position des atomes dans la maille

ainsi que leur nature Les proprieacuteteacutes chimiques ou physiques dun mateacuteriau deacutependent de la

position et la nature des atomes du cristal

Les caracteacuteristiques du diffractomegravetre des eacutechantillons de la poudre de lateacuterite analyseacutee sur un

diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 eacutequipeacute drsquoun monochromateur avant et drsquoun deacutetecteur Lynx-

Eye sont rassembleacutees dans le tableau et figures ci-dessous

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Position initiale [deg2Th] 10 0050

Position finale [deg2Th] 99 9910

Taille [deg2Th] 00110

Temps drsquoeacutetape de balayage [s] 1170

Fente de divergence Fixed

Fente de divergence [mm] 2

Tempeacuterature de mesure [degC] 21

Mateacuteriel drsquoanode Cu

K Alpha 1 [Aring] 154060

Geacuteneacuterateur 40 mA 40 kV

Monochromateur de rayon incident Oui

Rotation Non

Ouverture de deacutetecteur [deg] 35

Deacutetecteur de discrimination LL [V] 017

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri

Les diffeacuterentes phases des eacutechantillons de lateacuterites par lrsquoanalyse en diffraction RX sont

reacutecapituleacutees sur ce tableau

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

Phase Koubri Dano

-massique -massique

Phase majoritaire Kaolinite 333 36

Quartz 326 161

Deuxiegraveme sous-ensemble de phase Goethite FeO(OH) 211 352

Heacutematite Fe2O3 73 63

Ferrite

(fer-alpha)

3 32

Phase anatase TiO2 27

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene

La solution megravere du BM de concentration 1 g L-1

a eacuteteacute preacutepareacutee en mettant les cristaux dans un

litre drsquoeau distilleacutee Les solutions standard pour lrsquoeacutetablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage ont

eacuteteacute obtenues par des dilutions successives jusqursquoaux concentrations deacutesireacutees

Le suivi de lrsquoeacutevolution de la concentration du BM au cours du temps est fait par

spectrophotomeacutetrie UVVisible

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible

La spectrophotomeacutetrie est une technique analytique quantitative qui consiste agrave mesurer

lrsquoabsorbance ou la densiteacute optique drsquoune substance chimique donneacutee en solution La meacutethode

repose sur la loi de Beer-Lambert qui eacutenonce

Lorsqursquoune substance absorbe de la lumiegravere dans le domaine de lrsquoultra-violet et du

visible lrsquoeacutenergie absorbeacutee provoque des perturbations dans la structure eacutelectronique des

atomes ions ou moleacutecules Un ou plusieurs eacutelectrons utilisent cette eacutenergie pour sauter

drsquoun niveau de basse eacutenergie agrave un niveau de plus haute eacutenergie Ces transitions

eacutelectroniques se font dans le domaine de 350 agrave 800nm pour le visible et entre 200 agrave 350

nm pour lrsquoultra-violet

Un milieu homogegravene traverseacute par la lumiegravere absorbe une partie de celle-ci les

diffeacuterentes radiations constituant le faisceau incident sont diffeacuteremment absorbeacutees

suivant leur longueur drsquoonde et les radiations transmisses sont alors caracteacuteristiques du

milieu

Soit un rayon lumineux monochromatique de longueur drsquoonde λ traversant un milieu

homogegravene drsquoeacutepaisseur l Le taux de deacutecroissance de lrsquointensiteacute lumineuse en fonction de

lrsquoeacutepaisseur du milieu absorbant est donneacute par la loi de Lambert

A= log (

) (Eq4)

Avec

I0 intensiteacute initiale de la lumiegravere traverseacutee

I intensiteacute de la lumiegravere transmise

A absorbance

La spectrophotomeacutetrie UVVisible permet de suivre la deacutecoloration des solutions gracircce aux

absorbances qui eacutevoluent en fonction du temps de traitement Elle permet eacutegalement de suivre

lrsquoeacutevolution des ions gracircce agrave leurs diffeacuterents dosages

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM

a- Deacutetermination des longueurs drsquoondes drsquoabsorption maximale

Le spectre drsquoabsorbance du BM a eacuteteacute balayeacute entre 200 et 800 nm afin de suivre quantitativement

sa concentration Les pics de notre colorant sont obtenus agrave 661nm et 291nm (fig 8) Les

diffeacuterentes absorbances ont eacuteteacute deacutetermineacutees et une courbe deacutetalonnage a eacuteteacute traceacutee en utilisant

des solutions standard variant de 0 agrave 8 mg L-1

pour les deux longueurs drsquoondes

Figure 8 Spectre du Bleu de meacutethylegravene

b- Etablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage du BM

La concentration [Fx] des solutions eacutetalon varie de 1 agrave 8 mg L-1

Les volumes agrave preacutelever sont

calculeacutes en appliquant lrsquoeacutequation suivante

(Eq5)

Avec [Fx] - Concentration de lrsquoeacutetalon

Vx - Volume drsquoeacutetalon agrave preacuteparer

[M] - Concentration de la solution megravere

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene

Solution Zero 1 2 3 4 5

Concentration [mgL-1] 0 2 3 4 6 8

Volume neacutecessaire [mL] 0 02 03 04 06 08

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour tracer la courbe drsquoeacutetalonnage nous avons introduit les diffeacuterents volumes dans des fioles de

100 mL ensuite nous avons compleacuteteacute agrave lrsquoeau distilleacutee jusqursquoau trait de jauge On a mis la

spectrophotomeacutetrie en marche et proceacutedeacute agrave la lecture du blanc puis successivement des solutions

eacutetalons

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm)

Solution 0 1 2 3 4 5

Con (mg L-1

) 0 2 3 4 6 8

Absorbance (nm) pour λ = 661 0 085 13 18 23 3

Absorbance (nm) pour λ = 291 0 04 06 09 12 17

Figure 9 Courbe deacutetalonnage (λmax = 661 nm et λmax = 291 nm) variation de labsorbance en

fonction de la concentration du BM

4- Preacuteparation des solutions de fer

a- Solution de fer industriel

Le reacuteactif utiliseacute est le sulfate ferreux ou sulfate de fer (II) drsquoune poudre blanchacirctre agrave lrsquoeacutetat

anhydre dont la formule est FeSO4 7H2O Pour la preacuteparation du Fe2+

de concentration 3 g L-1

nous avons verseacute 3 g du sulfate ferreux anhydre dans une fiole de 1 L contenant 500 mL drsquoeau

milli-Q puis ajouter une (1) goutte drsquoacide sulfurique (H2SO4) concentreacute agrave 98 dans la fiole et

laisser agiter pendant 30 secondes Apregraves compleacuteter jusqursquoau trait de jauge et placer sous

agitation durant 1 h jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune solution de couleur rouge brique

b- Solution de fer de la lateacuterite

Pour la deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite les solutions de la lateacuterite

ont eacuteteacute preacutepareacutees de la maniegravere suivante

Pour le lit de lateacuterite nous avons preacuteleveacute

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

Compleacuteter drsquoeau milli-Q (eau ultra pure) jusqursquoau trait de jauge

y = 03938x

Rsup2 = 09869

0

05

1

15

2

25

3

35

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

661nm

y = 02094x

Rsup2 = 09972

0

02

04

06

08

1

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

291 nm

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Ajuster par la suite le pH de la solution agrave 3 avec lrsquoacide sulfurique (concentreacute agrave

95-97)

Figure 8 Lit de lateacuterite

Pour la lateacuterite attaqueacute par de lrsquoacide concentreacute pour lrsquoextraction du Fer

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

30 m L drsquoacide (HClHNO3H2SO4)

Ajouter avec prudence 20 mL drsquoeau milli-Q pour avoir 50 mL de solution

Preacutelever le surnageant pour le traitement du bleu de meacutethylegravene

Figure 9 Attaque acide de la lateacuterite

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton

Lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM srsquoest faite par trois diffeacuterentes eacutetapes

Une solution du BM est soumise agrave un traitement par proceacutedeacute Fenton en utilisant du H2O2

et le fer industriel (Fe2+

) ajustement du pH agrave 3 (Fig12)

Figure 10 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel

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Pour la deacutegradation du BM en utilisant la lateacuterite deux eacutetapes ont eacuteteacute imageacutes lrsquoune par

un lit de lateacuterite et lrsquoautre par la lateacuterite attaqueacutee par trois types drsquoacides (Fig13)

Figure 11 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM

Nous avons deacutetermineacute la cineacutetique de deacutecoloration agrave partir des valeurs des absorbances trouveacutees

agrave 661nm La deacutetermination de la constante de vitesse kapp permet de donner un ordre de

grandeur de la vitesse Expeacuterimentalement on peut montrer que la vitesse de reacuteaction bilan du

BM srsquoeacutecrit de la maniegravere suivante

Bleu de meacutethylegravene + OHbull rarr sous-produit du bleu de meacutethylegravene (Eq6)

Pour la cineacutetique drsquoordre 1

V = -

= kapp (Eq7) reacuteaction de pseudo ordre un laquo1 raquo

Avec

V vitesse de deacutegradation catalytique (mg L-1

h-1

)

kapp constante apparente de deacutegradation (min ou h-1

)

[BM] concentration du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

t temps de reacuteaction (h)

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

Ln (

) = kapp t (Eq8)

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Figure 12 Reacuteaction de pseudo ordre 1

Pour la cineacutetique drsquoordre 2

V = -

= kapp (Eq9) reacuteaction de pseudo ordre un laquo2 raquo

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

int

= - int

(Eq10)

(Eq11)

Figure 13 Reacuteaction de pseudo ordre 2

Pour le calcul des rendements ou taux drsquoabattement (τ) agrave lrsquoissu des eacutetudes cineacutetiques de

deacutegradation du BM nous avons utiliseacute cette formule ci-dessous

τ =

(Eq12)

Rsup2 = 09863

-070

-060

-050

-040

-030

-020

-010

000

0 2 4 6 8

ln (C

Co)

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 1

Rsup2 = 09499

0

0005

001

0015

002

0025

003

0 2 4 6 8

1C

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 2

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL

Tous les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes agrave tempeacuterature ambiante (25degC) Les concentrations du bleu de

meacutethylegravene choisies pour lrsquoexpeacuterience sont 10 et 40 mg L-1

1- Effet de pH du milieu

Etant donneacute que le proceacutedeacute Fenton est baseacute sur lrsquoeffet catalytique du Fer et plus preacuteciseacutement

du Fe2+

il nous est paru neacutecessaire de commencer lrsquoeacutetude par la deacutetermination du pH

optimale pour le proceacutedeacute Lrsquoajustement du pH du milieu srsquoeffectue agrave lrsquoaide drsquoune solution

drsquoacide sulfurique Ce choix est justifieacute par lrsquoexistence deacutejagrave au sein de la solution des ions

2-

suite agrave lrsquoaddition du Fe2+

sous la forme de FeSO4 7H2O

Les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes avec une concentration en BM de 20 mg L-1

un rapport R = 15

correspondant agrave des concentrations de 6 et 040 mg L-1

en H2O2 et Fe2+

respectivement et

pour des valeurs de pH variant entre 3 et 5 Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacute sur figure 16

Figure 14 Effet du pH

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t = 20

min)

pH Rendement ()

3 96

35 5245

4 6156

5 5509

000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 5 10 15 20

[BM

] m

gL

ˉˡ

temps de deacutegradation (mn)

pH = 3

pH = 35

pH = 4

pH = 5

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Drsquoapregraves le tableau preacutecegravedent nous observons que le pH favorable pour la deacutegradation du BM

par le proceacutedeacute Fenton est pH = 3 avec un taux de deacutegradation de 96 au bout de 20 min

De nombreux travaux sur les proceacutedeacutes Fenton ont montreacute que le pH 3 semble ecirctre la meilleure

valeur pour une deacutegradation optimale des polluants organique ((Tang and Huang 1996 Kuo

and Lo 1999) Pour la suite du travail nous adopterons deacutesormais cette valeur de pH

2- Effet de la concentration en BM

Nous avons traiteacute agrave un pH = 3 et agrave 25degC deux solutions du BM de concentration diffeacuterentes

(10 mg L-1

et 40 mg L-1

) en fixant les concentrations de Fe2+

agrave 134 mg L-1

et celle du H2O2 agrave

6 mg L-1

(figure 17)

Figure 15Effet de la concentration du BM

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM

[BM] mg L-1

Rendement () Temps de

deacutecoloration (min)

10 9738 8

40 9565 14

Nous avons constateacute que la concentration du BM de concentration 10 mg L-1

srsquoest deacutegradeacutee

rapidement et complegravetement avec un temps de deacutecoloration (td) de 8 min tandis que celle de

40 mg L-1

est plus lente avec un td de 14 min Donc plus la solution est concentreacutee plus le

temps de deacutegradation est important

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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La cineacutetique de deacutecoloration du colorant BM de concentrations respectives de 10 et

40 mg L-1

obeacuteit agrave la loi cineacutetique de pseudo premier

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM

Solution kapp

BM = 10 mg L-1

028

BM = 40 mg L-1

010

La deacutetermination de la constante apparente de vitesse montre eacutegalement que cette derniegravere

varie en fonction de la concentration en BM En effet la valeur de kapp est deux fois plus

supeacuterieure pour une concentration en BM de 10 mg L-1

que pour celle de 40 mg L-1

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene

Figure 16 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel

Une solution du bleu de meacutethylegravene de concentration 40 mg L-1

est soumise agrave un traitement par

proceacutedeacute Fenton en utilisant 6 mg L-1

de H2O2 et le fer industriel agrave une concentration de 134

mg L-1

Des preacutelegravevements ont eacuteteacute effectueacutes agrave des intervalles reacuteguliers de temps afin de suivre

lrsquoeacutevolution de la deacutegradation par Spectrophotomeacutetrie Lrsquoanalyse spectromeacutetrique des

eacutechantillons est effectueacutee par un balayage du spectre UV-Visible entre 200 et 800 nm (figure

18)

Nous remarquons que plus le temps de traitement est important plus le pic drsquoabsorbance dans

le visible agrave 661 diminue drsquointensiteacute pour srsquoannuler complegravetement agrave partir du 30 min Par

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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contre le pic dans le domaine UV agrave 291 il diminue certes drsquointensiteacute mais ne srsquoannule pas

mecircme apregraves 45 min de traitement

Ce reacutesultat nous permet de conclure que le proceacutedeacute Fenton permet une deacutegradation partielle

de la moleacutecule du BM au bout de notre temps de reacuteaction Drsquoapregraves Cao et al (1999) les pics

appartenant aux domaine drsquoUV entre 200 et 260 sont relatives au cycle benzegravene mono ou

poly substitueacute Ceci revient agrave dire que la deacutegradation du BM passe par deux eacutetapes

Deacutegradation du groupement fonctionnel de la moleacutecule du BM (λ = 661 nm) crsquoest agrave

dire que la rupture de lrsquoheacuteteacuterocycle central entraine la perte des conjugaisons des deux

lateacuteraux ce qui explique la deacutecoloration plus ou moins rapide de la solution

La deacutegradation des cycles benzegravene persistant en solution est beaucoup plus lente

puisque lrsquointensiteacute de ce pic (λ = 291 nm) diminue mais ne srsquoannule pas alors que la

solution est claire On peut dire eacutegalement que cette deacutegradation des cycles benzegravene

persistants est due au temps de reacuteaction trop court

4- Effet de la concentration du H2O2

a) En Absence de Fer

En utilisant deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

nous

avons varieacute les concentrations du H2O2 de 1 agrave 6 mg L-1

en absence du fer agrave un pH = 3 et agrave

tempeacuterature ambiante Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacutes sur la figure ci-dessous

Figure 19 Deacutegradation du BM par H2O2 seul

Quel que soit la concentration du BM 10 mg L-1

ou 40 mg L-1

lrsquoeffet du H2O2 sur la

deacutegradation du colorant est pratiquement nulle En effet apregraves un temps arbitraire de 20 min

de traitement on remarque un taux drsquoabattement de 17 pour la concentration en BM de 10

mg L-1

alors qursquoil est nul pour une concentration initiale de 40 mg L-1

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Il est donc clair que le pouvoir oxydant du H2O2 nrsquoest pas assez suffisant pour pouvoir

deacutegrader le BM En effet le H2O2 agrave un pouvoir oxydant de Edeg = 176 VENH par contre

celui drsquoOHbull est de 28 VENH

La mecircme conclusion a eacuteteacute observeacute par Naima (2008) sur lrsquoutilisation du H2O2 seul dans le

traitement des huiles drsquoolive (margines) Le reacutesultat a donneacute que le H2O2 seul pour des valeurs

de concentrations 3 et 20 g L-1

ne peut eacuteliminer totalement la margine de lrsquoeffluents drsquohuilerie

drsquoolive de concentration initiale de 1 g L-1

la moyenne de taux drsquoabattement obtenue ne

deacutepasse pas la valeur de 32 Yameogo (2013) a remarqueacute eacutegalement que lrsquoutilisation du

H2O2 seul nrsquoa eu aucune influence sur la deacutegradation de lrsquoamarante par proceacutedeacute photo-fenton

et heacuteteacuterogegravene avec charbon actif la concentration nrsquoa pas varieacute tout au long du traitement

b) En preacutesence du Fer

Lrsquoefficaciteacute du traitement est donc tributaire de lrsquoexistence de deux entiteacutes H2O2 et Fe2+

En

effet Bach et al (2010) ont utiliseacute le Fe2+

pour traiter lrsquoeau industrielle ils ont trouveacute que le

fer a permis de mineacuteraliser 95 drsquoeacutethylegravene-glycol et 85 de pheacutenol dans une eau industrielle

par proceacutedeacute Fenton Marciel et al (2004) ont remarqueacute que lrsquoapport de sulfate ferreux a

ameacutelioreacute la reacuteduction du COT de 45 agrave 55 lors drsquoune eacutetude drsquooxydation drsquoune solution

pheacutenolique par le proceacutedeacute photo-fenton

Pour la suite Nous avons maintenu la mecircme variation des concentrations en H2O2 (de 1 agrave 6

mg L-1

) mais en additionnant le fer industriel (sulfate ferreux) avec une concentration de 134

mg L-1

pour deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

agrave

tempeacuterature ambiante et agrave un pH eacutegale agrave 3 Ceci revient qursquoen solution le rapport R =

varie de 075 15 25 5 (Figure 20)

Figure 17 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Quel que soit la concentration initiale en BM ou en H2O2 lrsquoaddition du fer a entraineacute

lrsquoapparition de la deacutegradation graduelle de la coloration

Plus la concentration en H2O2 est importante plus la vitesse de deacutegradation augmente

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

[BM] mg L-1

10 40

Variation de H2O2 Rendement () Rendement ()

1 6730 5508

2 8522 7029

3 9769 9632

6 9954 9860

La figure 20 montre que taux de deacutecoloration en preacutesence du catalyseur devient plus

important avec lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 Il passe apregraves 60 min de

traitement de 6730 pour une concentration en H2O2 de 1 mg L-1

agrave 9954 pour celle de 6

mg L-1

Ceci est parfaitement preacutevisible puisque lrsquoexistence de lrsquoHydroxyde radicalaire principale

responsable de la deacutegradation est tributaire de la concentration initial en H2O2 (Eq2 sect 11)

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence de

la variation du H2O2

[BM] = 10 mg L-1

[BM] = 40 mg L-1

Ordre de la

reacuteaction k k

075 00036 00005 Ordre 2

15 00092 00007

25 0067 0065 Ordre 1

5 02879 0103

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Nous remarquons que lorsque la concentration en H2O2 augmente lrsquoordre partiel de la reacuteaction

change En effet pour des concentrations en H2O2 lt 3 mg L-1

la reacuteaction de deacutegradation est de

lrsquoordre 2 alors que pour des concentrations plus eacuteleveacutees elle est drsquoordre 1

Nadjette (2009) a montreacute que la deacutegradation du Meacutethyle Orange en preacutesence de dioxyde de

titane (TiO2) suit une cineacutetique drsquoordre 1 Redha (2011) a trouveacute eacutegalement lrsquoordre partiel de

la reacuteaction est eacutegal agrave 1 lors de son eacutetude sur le traitement du Rouge drsquoalizarine S et lrsquoOrange

G par proceacutedeacute drsquooxydation avanceacutee (POA)

Bennani et al (2010) ont eacutelimineacute le bleu de meacutethylegravene en solution aqueuse par lrsquoargile de Safi

(Maroc) Les reacutesultats ont montreacute que le pseudo-second ordre peut deacutecrire le comportement

cineacutetique de lrsquoadsorption du bleu de meacutethylegravene sur lrsquoargile brute et celle purifieacutee Des reacutesultats

similaires ont eacuteteacute observeacutes Gurses et al (2006) et Tsai et al (2007)

Les valeurs de kapp obtenus pour une solution de concentration initiale en BM de 10 mg L-1

sont supeacuterieures agrave celles obtenues pour la solution de 40 mg L-1

et ce lagrave quel que soit lrsquoordre

de la reacuteaction ou la concentration en H2O2 en solution Ces valeurs augmentent avec

lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 et passe de 36 10-3

agrave 02879 et de 05 10-3

agrave 0103

pour une les solutions en BM de 10 et 40 mg L-1

respectivement

5- Effet de la concentration en fer

Pour la suite nous eacutetudierons lrsquoeffet de la concentration en Fer sur lrsquoefficaciteacute du traitement

du BM pour deux solutions de concentration 10 et 40 mg L-1

en BM Les essais ont eacuteteacute

reacutealiseacutes en maintenant constante la concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

et en faisant varieacute la

concentration en Fe2+

de 02 agrave 134 mg L-1

correspondant agrave une variation du rapport R =

de 5 agrave 30

Figure 18 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM

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En absence de fer aucune baisse dans la concentration en BM nrsquoest observeacutee Pourtant degraves

lrsquoajout drsquoune faible concentration (02 mg L-1

) entraine une diminution progressive de la

couleur au cours du temps Il est eacutegalement observeacute que quel que soit la concentration initiale

en BM le temps de deacutegradation (td) du colorant est inversement proportionnel agrave la

concentration en Fe2+

en solution En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

td

passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 alors que pour une concentration

de 40 mg L-1

il passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig22)

Figure 19 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer industriel

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction du rapport R

[BM] = 10 mg L

-1 [BM] = 40 mg L

-1

kapp kapp

OR

DR

E

1

par

rapport

agrave B

M 30 00027 00125

15 00061 00321

10 0026 00496

5 02879 0103

Nous remarquons que lrsquoeffet de lrsquoaugmentation de la concentration en Fe2+

en solution sur la

cineacutetique de deacutegradation du BM est beaucoup plus important pour des faibles concentrations

(10 mg L-1

) que pour les fortes concentrations (40 mg L-1

) En effet pour une variation de R de

30 agrave 10 kapp eacutevolue de 27 10-4

min agrave 26 10-2

min soit un facteur 100 pour une concentration

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en BM de 10 mg L-1

alors qursquoelle eacutevolue de 00125 agrave 005 soit un facteur 4 pour une

concentration en BM de 40 mg L-1

Drsquoapregraves ces reacutesultats on peut conclure drsquoune faccedilon geacuteneacuterale que la preacutesence drsquoune forte

concentration du catalyseur favorise la formation des radicaux OHbull principaux responsable de

la deacutegradation du BM Pourtant il a eacuteteacute montreacute dans plusieurs eacutetudes (Brillas et al 2004

Diagne 2006 Oturan et al 1999) que le Fe2+

ajouteacute agrave forte dose entraine une perte du

rendement du proceacutedeacute puisque le Fe2+

en plus de son rocircle de catalyseur peut jouer un rocircle de

destructeur crsquoest-agrave-dire qursquoil piegravege les OHbull produits

Lrsquoeacutelimination des polluants reacutefractaires est donc tributaire de la preacutesence des ions meacutetallique

sauf qursquoil neacutecessite un apport important en Fe2+

ce qui entraine un coucirct (Bouafia 2010)

Crsquoest pour cette raison que nous avons opteacute pour lrsquoutilisation de la lateacuterite en faisant une

attaque acide afin drsquoextraire le fer pour traiter le BM

II- UTILISATION DE LATERITE

Les eacutechantillons de la lateacuterite choisie se preacutesentent tous sous forme de poudres de couleur

ocre Lrsquoapplication drsquoun proceacutedeacute qui neacutecessite des quantiteacutes preacutecis de fer est un peu difficile

pour un pays dont le taux drsquoalphabeacutetisation est seulement de 218 et un seuil de pauvreteacute

(PIB par habitant est eacutegal agrave 1500 $) En effet lrsquoajout drsquoune forte concentration du catalyseur

dans la solution agrave traiter peut diminuer lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute Fenton Lrsquoanalyse DRX a

montreacute que la lateacuterite existante au Burkina-Faso est riche en fer En effet pour la reacutegion de

Dano le pourcentage en fer atteint 44 en masse alors que pour Koubri il est de 31

La premiegravere question auquel on srsquoeacutetait poseacute est si le fer eacutetait facilement ex tractable ou bien il

neacutecessite une mineacuteralisation preacutealable

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

La figure ci-dessous montre lrsquoallure de lrsquoeffet de lit de lateacuterite de Dano drsquoune part et celui de

Koubri drsquoautre avec ajustement de pH dans une solution du BM de concentration 40 mg L-1

en maintenant ma concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 20 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

Nous observons que la solution du BM en contact avec le lit de Dano se deacutegrade plus vite que

celle en contact avec le lit de lateacuterite de Koubri Cela est ducirc au fait que la lateacuterite de Dano

libegravere plus facilement sa phase ferrique par rapport agrave celle de Koubri

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri)

Dans ce cadre nous avons compareacute lrsquoeffet drsquoun lit de lateacuterite (ajustement du pH) et une lateacuterite

attaqueacutee avec du H2SO4 sur une solution du BM agrave 40 mg L-1

La concentration en H2O2 eacutetant

maintenue agrave 6 mg L-1

(figure 24)

Figure 21 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri

La figure 24 montre que la quantiteacute de colorant deacutegradeacutee deacutecroit plus rapidement dans le cas

de lrsquoattaque acide Ce comportement est ducirc qursquoelle libegravere plus de Fe2+

en solution Le Fe2+

en

contact avec le H2O2 forme les radicaux hydroxyles (OHbull) pour le traitement des polluants

organiques par le proceacutedeacute Fenton

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

[BM] mg

L-1

Dano Koubri

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Rendement

()

4394 9991 364 9685

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Le taux drsquoabattement du BM par lrsquoattaque acide sur la lateacuterite de Dano est de 9991 apregraves

un temps de manipulation de 5 heures alors que celui du lit de lateacuterite (ajustement du pH) est

de 4394 pour le mecircme intervalle de temps

Cette diffeacuterence de rendement entre les lits de deux lateacuterites (Dano 4394 et Koubri

364) est due que la lateacuterite de Dano libegravere plus facilement sa phase ferrique que celle de

Koubri Etant donneacute que les phases ferriques sont les mecircmes pour les deux lateacuterites on

pourrait conclure que la diffeacuterence provient aussi du fait que la lateacuterite de Dano est beaucoup

plus riche en fer Ce qui facilite son extraction et que pour Koubri la phase Anastase en TiO2

pourrait gecircner son extraction

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et

Koubri)

Nous avons compareacute lrsquoefficaciteacute de 3 acides (sulfurique laquoH2SO4raquo chlorhydrique laquoHCl raquo et

nitrique laquoHNO3raquo) pour lrsquoextraction du fer des lateacuterites La concentration de la solution du

BM utiliseacutee est de 40 mg L-1

la concentration en H2O2 est toujours maintenue agrave 6 mg L-1

Figure 22 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri

La figure 25 montre que la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est la plus efficace pour la

deacutecoloration de la solution En effet Pour la lateacuterite de Dano le td est de 40 mn pour le H2SO4

et drsquoune heure (1h) et 1h30 pour le HNO3 et le HCl respectivement Pour celle de Koubri le

td de la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est drsquoune heure (1h) tandis que pour des deux autres

acides HCl et HNO3 les td sont respectivement de deux (2h) et quatre heure (4h)

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri

[BM] mg L-1

Dano Koubri

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Rendement () 9991 9890 9797 9685 9593 9223

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On peut deacuteduire que lrsquoefficaciteacute de lrsquoattaque acide par le H2SO4 utiliseacute pour extraire le fer de

la lateacuterite est due au caractegravere diacide (H2SO4)

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri)

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig26)

Figure 23 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer extrait de la lateacuterite

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction des attaques acides (Dano et Koubri)

Attaque acide Dano Koubri

kapp

OR

DR

E 1 par

rapport

agrave B

M

HCl 00127 00094

HNO3 00131 00096

H2SO4 00142 00194

Nous remarquons que lrsquoutilisation de la lateacuterite de Dano ne change pas lrsquoordre apparent de la

vitesse de deacutegradation qui reste eacutegale 1 La valeur de kapp varie de 127 10-2

min-1

pour HCl et

142 10-2

min pour H2SO4 ce qui confirme bien le reacutesultat obtenu pour la figure 19

Pour la lateacuterite de Koubri la valeur de kapp varie de 910-3

min-1

pour HCl et 194 10-2

min-1

pour H2SO4

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5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer

de la lateacuterite (Dano et Koubri)

Sur la figure 27 nous avons superposeacute les reacutesultats obtenus pour la deacutegradation drsquoune solution

de 40 mg L-1

du BM en preacutesence de 6 mg L-1

de H2O2 avec lrsquoajout de Fer extrait de la lateacuterite

de Dano et Koubri drsquoune part et le fer industriel drsquoautre part

Figure 24 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel

Il est montreacute que le taux de deacutegradation obtenu est perceptiblement le mecircme seule reste un

handicap le temps de traitement 20 min pour le fer industriel 40 min pour le fer extrait de la

lateacuterite de Dano et 1h pour celui de Koubri

Le traitement par la lateacuterite de Dano est efficace et preacutesente donc un avantage certains

puisqursquoil permet de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du BM par rapport agrave celui par la lateacuterite de

Koubri qui deacutegrade seulement que 9796

Beaucoup drsquoeacutetudes ont eacuteteacute faites sur lrsquoeacutelimination du bleu de meacutethylegravene En utilisant le

charbon actif commercial CECA40 de granulomeacutetrie infeacuterieure agrave 125 μm Houas et al (1999)

ont eacutelimineacute 93 du BM dans lrsquoeau pour un temps de contact de 5heures Kumar and

Tamilarasan (2013) ont utiliseacute 01g de charbon actif agrave base des graines drsquoacacia pour eacuteliminer

9312 de BM Bennani et al (2010) ont eacutetudieacute lrsquoadsorption BM sur lrsquoargile brute et

purifieacutee Ils ont montreacute que le processus drsquoadsorption est tregraves rapide et que 95 de la quantiteacute

adsorbeacutee est atteinte pendant les dix premiegraveres minutes Talidi (2006) a utiliseacute la pyrophyllite

(argile) il a montreacute que lrsquoadsorption du BM est de lrsquoordre de 7845 6658 et 5471

respectivement pour les concentrations initiales de 75 225 et 374ppm Sassi and Bennour

(2011) ont utiliseacute le traitement biologique par Biosorption du BM par Pseudomonas

Aeruginosa isoleacute agrave partir drsquoune boue de laiterie a montreacute un taux drsquoeacutelimination du BM variant

de 45 agrave 55 aux valeurs de pH = 7 et 8

Nous pouvons dire que le traitement par la lateacuterite a permis de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du

BM par rapport aux eacutetudes faites en utilisant drsquoautres mateacuteriaux et que la lateacuterite recouvre

000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 100 200 300

[BM

] mg

Lˉˡ

temps de traitement (mn)

Attaque acide

(Dano)

Attaque acide

(Koubri)

Fer industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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33 du continent mondial ce qui pourrait rendre son utilisation moins chegravere par rapport aux

autres traitements (Fer industriel Charbon actifhellip) puis qursquoon nrsquoa pas fait une eacutetude

eacuteconomique pour voir son cout

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CONCLUSION

Ce travail qui a porteacute sur la deacutegradation du colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute

Fenton en comparant les performances obtenues entre lrsquoutilisation du fer industriel (Fenton

classique) et le fer extrait de la lateacuterite ont montreacute que

Pour lrsquoutilisation du fer industriel la deacutegradation du BM est obtenue agrave une valeur de 3 pour

une variation du rapport des concentrations R de 15 agrave 5 et que lrsquoutilisation du peroxyde (H2O2)

seul ne peut pas deacutegrader le BM car son pouvoir oxydant nrsquoest pas assez suffisant pour

pouvoir deacutegrader le colorant Lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute est donc intimement lieacutee agrave lrsquoexistence de

deux reacuteactifs En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

le temps de deacutecoloration

(td) passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 et pour celle de 40 mg L-1

il

passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R Le traitement du BM par proceacutedeacute

fenton est donc tributaire de lrsquoutilisation de Fe2+

Afin de minimiser le coucirct du traitement et surtout voir lrsquoefficaciteacute du traitement en utilisant la

lateacuterite nous avons essayeacute de remplacer le fer industriel par le fer extrait de la lateacuterite

provenant de deux reacutegions du Burkina-Faso Dano et Koubri

Les reacutesultats obtenus par lrsquoutilisation du fer de la lateacuterite sont inteacuteressants pour des eacutetudes sur

drsquoautres colorants En effet le lit de lateacuterite avec ajustement du pH a permis une deacutegradation du

colorant de 44 pour un temps de traitement de 5h tandis que le traitement par lrsquoattaque acide

lui a deacutegradeacute le BM de pregraves que 100 En effet les taux drsquoabattements pour lrsquoattaque acide de

la lateacuterite de Dano et de Koubri sont respectivement de 99 au bout de 40 min et de 97 pour

une manipulation drsquoenviron 1 h

Cette eacutetude sur la deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en utilisation le fer de la lateacuterite

nous a permis de montrer qursquoil est possible de simplifier de point de vue utilisation et coucirct le

proceacutedeacute Fenton pour les colorants syntheacutetiques drsquoeffluents industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page 39

PERSPECTIVES

En perspectives il serait inteacuteressant

De faire une eacutetude approfondi pour voir le cout du traitement du proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite

Essayer de traiter drsquoautres familles de colorants en utilisant la lateacuterite attaqueacutee par

lrsquoacide pour voir lrsquoefficaciteacute du systegraveme

Appliquer le traitement sur des effluents textiles reacuteels

Imaginer un systegraveme de traitement agrave grand eacutechelle

Essayer le traitement sur drsquoautres polluants reacutecalcitrant PCB pheacutenol pesticides

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Page 18: Dégradation des effluents textiles (cas d’un colorant

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Buckley (2000) les techniques de deacutepollution intervenant le plus courant en deuxiegraveme eacutetape

dans les industries se divisent en trois cateacutegories

1- Biologique

Traitement aeacuterobie

Traitement anaeacuterobie

2- Physique

Meacutethode de preacutecipitation (coagulation floculation seacutedimentation)

Adsorption (sur charbon actif)

Osmose inverse filtration sur membrane

3- Chimique

Oxydation (oxygegravene ozone oxydants tels que le H2O2 NaOCl)

Reacuteduction (Na2S2O2)

Meacutethode de complexomeacutetrique

Reacutesine eacutechangeuse drsquoions

A- Meacutethodes biologiques

Lrsquoavanceacutee technologique a permis la conception des systegravemes de traitement biologique

perfectionneacutes en se basant sur lrsquoautoeacutepuration naturelle des eaux Ces proceacutedeacutes biologiques se

font selon deux modes traitements en aeacuterobie (en preacutesence de lrsquooxygegravene) et traitement en

anaeacuterobie (les microorganismes deacutegradent la matiegravere organique en absence de lrsquooxygegravene)

Les proceacutedeacutes drsquoeacutepuration par voie biologique sont baseacutes sur la transformation microbienne des

colorants La plupart des colorants azoiumlques sont tregraves stables et non biodeacutegradables Beaucoup

drsquoeacutetudes ont deacutemontreacute la biodeacutegradation partielle ou complegravete de certains colorants par voie

biologiques (Adnosinda et al 2003) et (Lopez et al 2004) Mecircme si ces techniques sont

adapteacutees agrave un nombre de polluants organiques elles ne sont pas toujours applicables sur les

effluents textiles industriels en raison de fortes concentrations de polluants de leur toxiciteacute qui

entrainent la destruction des microorganismes ou des boues biologiques agrave traiter

B- Meacutethodes physiques

Lorsque les eaux useacutees ne se precirctent pas agrave une deacutepollution par voie biologique (effluent peu ou

pas biodeacutegradable tempeacuterature trop faible valeurs extrecircmes de pH preacutesence de toxiques)

des proceacutedeacutes physico-chimiques classiques permettent de compenser soit en se substituant

totalement agrave lrsquoeacutepuration par voie biologique soit en traitement compleacutementaire On peut citer

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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par exemple la coagulation-floculation suivie drsquoune deacutecantation (clarification) lrsquoadsorption sur

charbon actif lrsquoeacutechange drsquoions ou la filtration membranaire

B1- Coagulation-floculation

Sous le terme de coagulationndashfloculation on entend tous les processus physico-chimiques par

lesquels des particules colloiumldales ou des solides en fine suspension sont transformeacutes par des

floculants chimiques en espegraveces plus visibles et seacuteparables (les flocs) Les flocs formeacutes sont

ensuite seacutepareacutes par deacutecantation et filtration puis eacutevacueacutes Les coagulants inorganiques tels que

lrsquoalun (Al2(SO4)314H2O) donnent les reacutesultats plus que satisfaisants pour la deacutecoloration des

effluents textiles contenant des colorants disperseacutes de cuve et soufreacutes mais sont totalement

inefficaces pour les colorants azoiumlques acides et basiques (Barclay and Buckley 2000) et

(Vendevivere et al 1998) Par ailleurs la coagulationndashfloculation ne peut ecirctre utiliseacutee pour les

colorants fortement solubles dans lrsquoeau comme le cas du BM

Le principal deacutesavantage de cette technique est qursquoelle geacutenegravere une importante quantiteacute de boue

entrainant des investissements suppleacutementaires

B2- Filtration membranaire

Dans ce proceacutedeacute les polluants sont retenus par une membrane semi permeacuteable dont le diamegravetre

des pores est infeacuterieur agrave celui des moleacutecules agrave eacuteliminer Cette technique est largement utiliseacutee

dans le domaine de lrsquoeau potable et le dessalement La filtration sur membrane sous lrsquoeffet

drsquoune pression hydraulique se deacutecline en microfiltration lrsquoultrafiltration la nano filtration et

lrsquoosmose inverse Parmi les quatre types de proceacutedeacutes la nano filtration et lrsquoosmose inverse sont

les plus adapteacutes agrave la reacuteduction partielle de la couleur et des petites moleacutecules organiques

(Taylor and Jacobs 1996) (Calobro et al 1990) En effet la nano filtration srsquoapplique surtout

au traitement des bains de teinture de colorants reacuteactifs en agissant comme un filtre moleacuteculaire

tandis que la microfiltration retient les mateacuteriaux colloiumldaux tels que les colorants disperseacutes ou

de cuve gracircce agrave une laquomembrane eacutecranraquo (Van der Bruggen et al 2003) Lrsquoultrafiltration ne

srsquoapplique qursquoagrave la reacuteduction de DCO et des solides en suspension (Anselme and Jacobs 1996)

et nrsquoest reacuteellement efficace qursquoen combinaison avec la coagulationfloculation

B3- Adsorption sur charbon actif et autres mateacuteriaux

Le polluant est transfeacutereacute de la phase liquide vers la phase solide lors de lrsquoadsorption Le

charbon actif eacutetant consideacutereacute comme lrsquoadsorbant le plus efficace pour la reacuteduction de la

couleur est limiteacute pour lrsquoeacutelimination de certains colorants Seuls les cationiques colorant agrave

mordant disperseacutes ou dits de cuve sont eacutelimineacutes par cette technique (Raghavacharya 1997)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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C- Meacutethodes chimique

Les techniques drsquooxydation chimiques sont geacuteneacuteralement appliqueacutees quand les proceacutedeacutes

biologiques sont inefficaces Elles peuvent ecirctre ainsi utiliseacutees pour les proceacutedeacutes biologiques en

eacutetapes de preacutetraitement afin de diminuer la charge polluante Lrsquooxydation chimique est

eacutegalement appliqueacutee pour le traitement des organiques dangereux preacutesents en faibles

concentrations et des effluents chargeacutes de constituants reacutesistants aux meacutethodes de

biodeacutegradation Le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) le Cl2 et O3 sont les reacuteactifs les plus souvent

utiliseacutes pour ce type de traitement Le H2O2 est un oxydant moyennement fort et son application

pour le traitement des polluants organiques et inorganiques est bien eacutetablie (Neyens et al

2003) Mais lrsquooxydation par H2O2 nrsquoest pas suffisamment efficace pour de fortes concentrations

en colorant Hamada et al (1998) ont proposeacute de traiter les colorants azoiumlques par hypochlorure

de sodium Cependant si la moleacutecule initiale est deacutetruite les halogegravenes sont susceptibles de

former des trihalomeacutethanes comme sous-produits de deacutegradation lesquels sont canceacuterigegravenes

pour lrsquoHomme

Drsquoougrave la neacutecessiteacute drsquoutiliser des produits drsquooxydation encore plus performant comme les

proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutes (POA)

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation

Avanceacutee (POA)

Lrsquoindustrialisation intensive qui a vu le jour au cours du dernier siegravecle a causeacute lrsquoapparition dans

lrsquoenvironnement de polluants eacutemergents reacutefractaires qui sont reconnus canceacuterigegravenes et

mutagegravenes Dans lrsquooptique de limiter la pollution de lrsquoenvironnement des strateacutegies de

traitement efficaces et eacutecologiques ont eacuteteacute deacuteveloppeacutees Parmi ces strateacutegies se trouve

lrsquoapplication des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee (POA) Figure 3

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Il srsquoagit de proceacutedeacutes de traitement oxydatif qui peuvent ecirctre subdiviseacutes en quatre groupes

(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse

utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et reacutepondent aux

critegraveres suivant (Suty et al 2003)

Ne pas induire de pollution secondaire

Non toxique

Non corrosif pour les eacutequipements

Etre le plus rentable possible

Etre relativement le plus simple agrave manipuler

Les OHbull sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse utiliser dans le domaine des

eaux et des effluents industriels avec une vitesse drsquooxydation (109

fois plus eacuteleveacutee) agrave celle de

lrsquoozone et son potentiel drsquooxydation est de 28 VENH (Parsons 2004) Tableau 1

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique

Oxydant Pouvoir oxydant Edeg (VENH)

OHbull 280

Oo 242

O3 207

H2O2 (milieu acide) 178

Cl2 136

O2 123

Plusieurs secteurs ont utiliseacutes ces proceacutedeacutes pour traiter leurs eaux par exemple Parsons (2004)

lrsquoa utiliseacute pour le traitement des eaux de surface et souterraines Martinez-Huitle and Ferro

(2006) lrsquoont utiliseacute pour le traitement des eaux industrielles Hayet (2011) lrsquoa testeacute dans

lrsquoeacutelimination du 4- chloropheacutenol Hsing et al (2007) et Wu and Chang (2006) ont lrsquoutiliseacute pour

deacutecolorer les eaux des industries textiles Bouafia (2010) a utiliseacute le proceacutedeacute drsquooxydation

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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avanceacutee baseacutee sur le reacuteactif de fenton pour deacutegrader les colorants textiles Derradji (2012) a

coupleacute le POA avec un traitement biologique pour le traitement des eaux useacutees industrielles

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

)

Fenton avait deacutecrivit agrave la fin du XIX egraveme

siegravecle que le fer ferreux (Fe2+

) favorisait fortement

lrsquooxydation de lrsquoacide maleacuteique par le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) en milieu acide (Fenton

1894) Des travaux ulteacuterieurs ont montreacute que la combinaison de H2O2 et de Fe2+

nommeacute

laquo Reacuteactif de Fenton raquo eacutetant un oxydant efficace pour une grande varieacuteteacute de substrats

organiques notamment les pheacutenols les pesticides les aromatiques polycycliques et des

colorants en particulier les azoiumlques (Spadaro et al 1994 Benitez et al 2001 De Heredia et

al 2001) Quarante (40) ans plus tard Haber and Weiss (1934) identifiaient le radical

Hydroxyl comme eacutetant lrsquoespegravece oxydante de la reacuteaction preacutesenteacutee ci-dessous et communeacutement

appeleacutee reacuteaction de Fenton

(Eq2)

Le fer ferrique geacuteneacutereacute peut ensuite reacuteagir avec le peroxyde drsquohydrogegravene pour redonner le fer

ferreux

(Eq3)

La vitesse de deacutecomposition de H2O2 par le Fer II augmente lorsque le pH augmente (le 5) car

dans cette gamme de pH la forme preacutedominante Fe(OH) 2+

est beaucoup plus reacuteactive que lrsquoion

Fe2+

(Kuo 1992)

Lrsquoeacutetude de la deacutepollution des effluents textiles coloreacutes par le proceacutedeacute Fenton (systegraveme H2O2

Fe2+

) a eacuteteacute reacuteveacuteleacutee tregraves efficace et plusieurs eacutetudes ont montreacute que le taux de mineacuteralisation des

colorants syntheacutetiques augmente avec lrsquoaugmentation des doses des reacuteactifs et du temps de

reacuteaction Le rapport des reacuteactifs R =

et le rapport

joue aussi un rocircle important

dans la vitesse de deacutegradation de colorants de deacutepart et sur le taux de mineacuteralisation (Kuo

1992)

Le proceacutedeacute Fenton possegravede trois (03) caracteacuteristiques attractives pour le traitement des

composeacutes organiques (Redha 2011)

Les radicaux hydroxyles OHbull produits reacuteagissent tregraves rapidement (10

9 fois plus reacuteactif

que le O3)

Les reacuteactifs sont simples agrave manipuler et sans danger pour lrsquoenvironnement

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Les produits finaux de deacutegradation (H2O CO2 ions mineacuteraux et hydroxydes ferriques)

nrsquointroduisent pas une pollution suppleacutementaire

Le proceacutedeacute de Fenton est composeacute geacuteneacuteralement de quatre eacutetapes principales ajustement du

pH oxydation neutralisation et coagulationpreacutecipitation Pour lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute la

reacuteaction de fenton ne peut se produire qursquoagrave un pH voisin ou eacutegal agrave 3 ce qui reacutesulte un ajout des

solutions acides Au-delagrave des valeurs de pH comprises entre 3 et 4 le fer (Fe2+

ou Fe3+

) est

susceptible de preacutecipiter et former des hydroxydes de fer induisant ainsi une faible activiteacute

catalytique Le milieu doit ecirctre approvisionneacute drsquoune maniegravere continue Ce qui peut alourdir les

couts de traitement

Le proceacutedeacute Fenton est consideacutereacute aujourdrsquohui comme le proceacutedeacute dont sa mise en œuvre est facile

et plus utiliseacute dans le monde pour le traitement drsquoeffluents industriels textiles mais le proceacutedeacute

est limiteacute par le manque de geacuteneacuteration du catalyseur qui neacutecessite geacuteneacuteralement un apport

constat en reacuteactif et qui contraint de ce fait agrave lrsquoapprovisionner en continu le milieu en peroxyde

drsquohydrogegravene (H2O2) tregraves couteux

III- LA LATERITE

Le Burkina-Faso est un pays de lrsquoAfrique occidentale avec une superficie de 274 000 kmsup2 et le

recouvrement lateacuteritique est un caractegravere dominant des paysages peacuteneacuteplaines ou tabulaires qui

caracteacuterisent sa plus grande partie Les lateacuterites se preacutesentent sous forme de plateaux eacutetendus

buttes teacutemoins cuirasses indureacutes etc Lrsquoeacutepaisseur de ces lateacuterites varie selon la nature des

formations sur lesquelles elles se reposent

La lateacuterite (du latin later brique) est une roche rouge ou brun qui se forme par alteacuteration des

roches sous les climats tropicaux Elle est constitueacutee du fer (Limonite ferrihydrite geothite

heacutematite) drsquoaluminium (Gibbsite cliachite boehmite) de titane de manganegravese et de

silicium On la trouve surtout en domaine intertropical et recouvre 33 des continents

Pour lrsquoeacutetude de la deacutegradation du colorant BM nous avons utiliseacute deux types de lateacuterite

provenant lrsquoune de la reacutegion de Koubri dans le Centre et contenant 314 de fer et lrsquoautre dans

la reacutegion Sud-Ouest du Burkina-Faso contenant 447 pour le traitement (Figure 4) Ces

lateacuterites ont eacuteteacute caracteacuteriseacutees au Laboratoire CRISMAT (Centre National de Recherche et de

Technologie Mateacuteriaux ENSI Caen) en France

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE

Lrsquoutilisation des substances organiques dans lrsquoindustrie sans traitement est la deacutegradation de la

qualiteacute des eaux qui se reacutepercute sur la santeacute de lrsquoecirctre humain Dans ce chapitre nous allons voir

les produits et mateacuteriels ainsi que la meacutethodologie expeacuterimentale utiliseacutes pour la deacutegradation du

colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute Fenton en phase homogegravene en utilisant le fer

industriel puis le fer extrait de la lateacuterite

Nous preacutesentons en premier lieu la technique du dosage du BM et les reacuteactifs utiliseacutes pour la

deacutegradation de notre colorant Nous eacutevoquons les techniques de caracteacuterisation de la lateacuterite par

diffraction des rayons X et analyse quantitative

I- PRODUITS ET MATERIELS

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite)

Pour lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite nous avons utiliseacute

certains reacuteactifs qui sont illustreacutes dans le tableau 2

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes

Produits Fournisseur Qualiteacute

Bleu de meacutethylegravene Fluka 96

Peroxyde drsquohydrogegravene

(H2O2)

Preacutepareacute par

Laboratoires Gilbert (CA 655-

301-3)

9

Acide sulfurique (H2SO4) Sigma-Aldrich (CA 7664-93-9) 95-97

Sulfate ferreux (FeSO4

7H2O

Fluka Chemika (CA44990) 98

Hydroxyde de Sodium

NaOH

Sigma Aldrich 32

Eau ultra-pure ou Milli-Q Polisseur drsquoeau du LEDES 0055 microScm ou 183

2- Mateacuteriels utiliseacutes

Les mateacuteriels utiliseacutes pour les suivis cineacutetiques de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite sont la spectrophotomeacutetrie DR 5000 la lateacuterite et les trois types drsquoacides

lrsquoacide sulfurique lrsquoacide chlorhydrique lrsquoacide nitrique pour lrsquoextraction du fer de la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM

Les eacutechantillons de lateacuterites utiliseacutees lors de ce travail ont eacuteteacute caracteacuteriseacutes au Laboratoire

CRISMAT (Centre National de Recherche Technologique Mateacuteriaux ENSI Caen) en France Ils

proviennent de deux reacutegions du Burkina-Faso (Dano et Koubri) contiennent respectivement 44

7 et 314 de fer et ont eacuteteacute obtenus par les analyses en diffraction des rayons X (DRX) et en

microscopie eacutelectronique agrave balayage (MEB)

Le principe de lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS

Lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS est une analyse quantitative en des points ou zones speacutecifiques dun

eacutechantillon en utilisant la spectromeacutetrie agrave seacutelection deacutenergie (EDS)

Son principe est que par lintermeacutediaire dun canon agrave eacutelectrons un faisceau deacutelectrons est envoyeacute

sur leacutechantillon En contact avec la matiegravere ces eacutelectrons interagissent de diffeacuterentes faccedilons

Le MEB-EDS du laboratoire va permettre dexploiter trois informations distinctes dont deux qui

vont ecirctre traduites en images

-Une image en eacutelectrons secondaires (SE) qui naicirct dune interaction entre les eacutelectrons du

faisceau et les eacutelectrons des couches eacutelectroniques de latome et qui nous donnera une

information topographique de leacutechantillon

- Une image en eacutelectrons reacutetrodiffuseacutes (BSE) qui reacutesulte de linteraction entre les eacutelectrons du

faisceau le noyau et le nuage eacutelectronique de latome et qui permettra de creacuteer une image par

contraste chimique

- Une troisiegraveme information que lon obtient est une analyse eacuteleacutementaire le microscope

eacutelectronique agrave balayage eacutetant coupleacute agrave un deacutetecteur de rayons X agrave dispersion deacutenergie

Le principe de lrsquoanalyse par Diffraction Rayon X (DRX)

La diffraction des rayons X est une technique danalyse fondeacutee comme son nom lrsquoindique sur la

diffraction des rayons X sur la matiegravere La diffraction des rayons X est un pheacutenomegravene

dinterfeacuterence constructive qui se produit quand un faisceau de rayons X (onde

eacutelectromagneacutetique) peacutenegravetre dans un cristal (empilement peacuteriodique datomes) Il peut donc

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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apparaitre quand on place un monocristal un poly-cristal ou une poudre devant une source de

rayons X Lemplacement des faisceaux diffracteacutes nous informe sur la peacuteriodiciteacute du (des) cristal

tandis que lintensiteacute de ces faisceaux nous informe sur la nature et la position des atomes

contenus dans le cristal La position des intensiteacutes diffracteacutees nous renseignera sur la taille de la

maille tandis que lintensiteacute nous permettra de calculer la position des atomes dans la maille

ainsi que leur nature Les proprieacuteteacutes chimiques ou physiques dun mateacuteriau deacutependent de la

position et la nature des atomes du cristal

Les caracteacuteristiques du diffractomegravetre des eacutechantillons de la poudre de lateacuterite analyseacutee sur un

diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 eacutequipeacute drsquoun monochromateur avant et drsquoun deacutetecteur Lynx-

Eye sont rassembleacutees dans le tableau et figures ci-dessous

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Position initiale [deg2Th] 10 0050

Position finale [deg2Th] 99 9910

Taille [deg2Th] 00110

Temps drsquoeacutetape de balayage [s] 1170

Fente de divergence Fixed

Fente de divergence [mm] 2

Tempeacuterature de mesure [degC] 21

Mateacuteriel drsquoanode Cu

K Alpha 1 [Aring] 154060

Geacuteneacuterateur 40 mA 40 kV

Monochromateur de rayon incident Oui

Rotation Non

Ouverture de deacutetecteur [deg] 35

Deacutetecteur de discrimination LL [V] 017

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri

Les diffeacuterentes phases des eacutechantillons de lateacuterites par lrsquoanalyse en diffraction RX sont

reacutecapituleacutees sur ce tableau

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

Phase Koubri Dano

-massique -massique

Phase majoritaire Kaolinite 333 36

Quartz 326 161

Deuxiegraveme sous-ensemble de phase Goethite FeO(OH) 211 352

Heacutematite Fe2O3 73 63

Ferrite

(fer-alpha)

3 32

Phase anatase TiO2 27

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II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene

La solution megravere du BM de concentration 1 g L-1

a eacuteteacute preacutepareacutee en mettant les cristaux dans un

litre drsquoeau distilleacutee Les solutions standard pour lrsquoeacutetablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage ont

eacuteteacute obtenues par des dilutions successives jusqursquoaux concentrations deacutesireacutees

Le suivi de lrsquoeacutevolution de la concentration du BM au cours du temps est fait par

spectrophotomeacutetrie UVVisible

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible

La spectrophotomeacutetrie est une technique analytique quantitative qui consiste agrave mesurer

lrsquoabsorbance ou la densiteacute optique drsquoune substance chimique donneacutee en solution La meacutethode

repose sur la loi de Beer-Lambert qui eacutenonce

Lorsqursquoune substance absorbe de la lumiegravere dans le domaine de lrsquoultra-violet et du

visible lrsquoeacutenergie absorbeacutee provoque des perturbations dans la structure eacutelectronique des

atomes ions ou moleacutecules Un ou plusieurs eacutelectrons utilisent cette eacutenergie pour sauter

drsquoun niveau de basse eacutenergie agrave un niveau de plus haute eacutenergie Ces transitions

eacutelectroniques se font dans le domaine de 350 agrave 800nm pour le visible et entre 200 agrave 350

nm pour lrsquoultra-violet

Un milieu homogegravene traverseacute par la lumiegravere absorbe une partie de celle-ci les

diffeacuterentes radiations constituant le faisceau incident sont diffeacuteremment absorbeacutees

suivant leur longueur drsquoonde et les radiations transmisses sont alors caracteacuteristiques du

milieu

Soit un rayon lumineux monochromatique de longueur drsquoonde λ traversant un milieu

homogegravene drsquoeacutepaisseur l Le taux de deacutecroissance de lrsquointensiteacute lumineuse en fonction de

lrsquoeacutepaisseur du milieu absorbant est donneacute par la loi de Lambert

A= log (

) (Eq4)

Avec

I0 intensiteacute initiale de la lumiegravere traverseacutee

I intensiteacute de la lumiegravere transmise

A absorbance

La spectrophotomeacutetrie UVVisible permet de suivre la deacutecoloration des solutions gracircce aux

absorbances qui eacutevoluent en fonction du temps de traitement Elle permet eacutegalement de suivre

lrsquoeacutevolution des ions gracircce agrave leurs diffeacuterents dosages

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3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM

a- Deacutetermination des longueurs drsquoondes drsquoabsorption maximale

Le spectre drsquoabsorbance du BM a eacuteteacute balayeacute entre 200 et 800 nm afin de suivre quantitativement

sa concentration Les pics de notre colorant sont obtenus agrave 661nm et 291nm (fig 8) Les

diffeacuterentes absorbances ont eacuteteacute deacutetermineacutees et une courbe deacutetalonnage a eacuteteacute traceacutee en utilisant

des solutions standard variant de 0 agrave 8 mg L-1

pour les deux longueurs drsquoondes

Figure 8 Spectre du Bleu de meacutethylegravene

b- Etablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage du BM

La concentration [Fx] des solutions eacutetalon varie de 1 agrave 8 mg L-1

Les volumes agrave preacutelever sont

calculeacutes en appliquant lrsquoeacutequation suivante

(Eq5)

Avec [Fx] - Concentration de lrsquoeacutetalon

Vx - Volume drsquoeacutetalon agrave preacuteparer

[M] - Concentration de la solution megravere

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene

Solution Zero 1 2 3 4 5

Concentration [mgL-1] 0 2 3 4 6 8

Volume neacutecessaire [mL] 0 02 03 04 06 08

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Pour tracer la courbe drsquoeacutetalonnage nous avons introduit les diffeacuterents volumes dans des fioles de

100 mL ensuite nous avons compleacuteteacute agrave lrsquoeau distilleacutee jusqursquoau trait de jauge On a mis la

spectrophotomeacutetrie en marche et proceacutedeacute agrave la lecture du blanc puis successivement des solutions

eacutetalons

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm)

Solution 0 1 2 3 4 5

Con (mg L-1

) 0 2 3 4 6 8

Absorbance (nm) pour λ = 661 0 085 13 18 23 3

Absorbance (nm) pour λ = 291 0 04 06 09 12 17

Figure 9 Courbe deacutetalonnage (λmax = 661 nm et λmax = 291 nm) variation de labsorbance en

fonction de la concentration du BM

4- Preacuteparation des solutions de fer

a- Solution de fer industriel

Le reacuteactif utiliseacute est le sulfate ferreux ou sulfate de fer (II) drsquoune poudre blanchacirctre agrave lrsquoeacutetat

anhydre dont la formule est FeSO4 7H2O Pour la preacuteparation du Fe2+

de concentration 3 g L-1

nous avons verseacute 3 g du sulfate ferreux anhydre dans une fiole de 1 L contenant 500 mL drsquoeau

milli-Q puis ajouter une (1) goutte drsquoacide sulfurique (H2SO4) concentreacute agrave 98 dans la fiole et

laisser agiter pendant 30 secondes Apregraves compleacuteter jusqursquoau trait de jauge et placer sous

agitation durant 1 h jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune solution de couleur rouge brique

b- Solution de fer de la lateacuterite

Pour la deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite les solutions de la lateacuterite

ont eacuteteacute preacutepareacutees de la maniegravere suivante

Pour le lit de lateacuterite nous avons preacuteleveacute

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

Compleacuteter drsquoeau milli-Q (eau ultra pure) jusqursquoau trait de jauge

y = 03938x

Rsup2 = 09869

0

05

1

15

2

25

3

35

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

661nm

y = 02094x

Rsup2 = 09972

0

02

04

06

08

1

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

291 nm

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Ajuster par la suite le pH de la solution agrave 3 avec lrsquoacide sulfurique (concentreacute agrave

95-97)

Figure 8 Lit de lateacuterite

Pour la lateacuterite attaqueacute par de lrsquoacide concentreacute pour lrsquoextraction du Fer

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

30 m L drsquoacide (HClHNO3H2SO4)

Ajouter avec prudence 20 mL drsquoeau milli-Q pour avoir 50 mL de solution

Preacutelever le surnageant pour le traitement du bleu de meacutethylegravene

Figure 9 Attaque acide de la lateacuterite

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton

Lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM srsquoest faite par trois diffeacuterentes eacutetapes

Une solution du BM est soumise agrave un traitement par proceacutedeacute Fenton en utilisant du H2O2

et le fer industriel (Fe2+

) ajustement du pH agrave 3 (Fig12)

Figure 10 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel

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Pour la deacutegradation du BM en utilisant la lateacuterite deux eacutetapes ont eacuteteacute imageacutes lrsquoune par

un lit de lateacuterite et lrsquoautre par la lateacuterite attaqueacutee par trois types drsquoacides (Fig13)

Figure 11 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM

Nous avons deacutetermineacute la cineacutetique de deacutecoloration agrave partir des valeurs des absorbances trouveacutees

agrave 661nm La deacutetermination de la constante de vitesse kapp permet de donner un ordre de

grandeur de la vitesse Expeacuterimentalement on peut montrer que la vitesse de reacuteaction bilan du

BM srsquoeacutecrit de la maniegravere suivante

Bleu de meacutethylegravene + OHbull rarr sous-produit du bleu de meacutethylegravene (Eq6)

Pour la cineacutetique drsquoordre 1

V = -

= kapp (Eq7) reacuteaction de pseudo ordre un laquo1 raquo

Avec

V vitesse de deacutegradation catalytique (mg L-1

h-1

)

kapp constante apparente de deacutegradation (min ou h-1

)

[BM] concentration du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

t temps de reacuteaction (h)

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

Ln (

) = kapp t (Eq8)

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Figure 12 Reacuteaction de pseudo ordre 1

Pour la cineacutetique drsquoordre 2

V = -

= kapp (Eq9) reacuteaction de pseudo ordre un laquo2 raquo

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

int

= - int

(Eq10)

(Eq11)

Figure 13 Reacuteaction de pseudo ordre 2

Pour le calcul des rendements ou taux drsquoabattement (τ) agrave lrsquoissu des eacutetudes cineacutetiques de

deacutegradation du BM nous avons utiliseacute cette formule ci-dessous

τ =

(Eq12)

Rsup2 = 09863

-070

-060

-050

-040

-030

-020

-010

000

0 2 4 6 8

ln (C

Co)

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 1

Rsup2 = 09499

0

0005

001

0015

002

0025

003

0 2 4 6 8

1C

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 2

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CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL

Tous les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes agrave tempeacuterature ambiante (25degC) Les concentrations du bleu de

meacutethylegravene choisies pour lrsquoexpeacuterience sont 10 et 40 mg L-1

1- Effet de pH du milieu

Etant donneacute que le proceacutedeacute Fenton est baseacute sur lrsquoeffet catalytique du Fer et plus preacuteciseacutement

du Fe2+

il nous est paru neacutecessaire de commencer lrsquoeacutetude par la deacutetermination du pH

optimale pour le proceacutedeacute Lrsquoajustement du pH du milieu srsquoeffectue agrave lrsquoaide drsquoune solution

drsquoacide sulfurique Ce choix est justifieacute par lrsquoexistence deacutejagrave au sein de la solution des ions

2-

suite agrave lrsquoaddition du Fe2+

sous la forme de FeSO4 7H2O

Les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes avec une concentration en BM de 20 mg L-1

un rapport R = 15

correspondant agrave des concentrations de 6 et 040 mg L-1

en H2O2 et Fe2+

respectivement et

pour des valeurs de pH variant entre 3 et 5 Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacute sur figure 16

Figure 14 Effet du pH

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t = 20

min)

pH Rendement ()

3 96

35 5245

4 6156

5 5509

000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 5 10 15 20

[BM

] m

gL

ˉˡ

temps de deacutegradation (mn)

pH = 3

pH = 35

pH = 4

pH = 5

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Drsquoapregraves le tableau preacutecegravedent nous observons que le pH favorable pour la deacutegradation du BM

par le proceacutedeacute Fenton est pH = 3 avec un taux de deacutegradation de 96 au bout de 20 min

De nombreux travaux sur les proceacutedeacutes Fenton ont montreacute que le pH 3 semble ecirctre la meilleure

valeur pour une deacutegradation optimale des polluants organique ((Tang and Huang 1996 Kuo

and Lo 1999) Pour la suite du travail nous adopterons deacutesormais cette valeur de pH

2- Effet de la concentration en BM

Nous avons traiteacute agrave un pH = 3 et agrave 25degC deux solutions du BM de concentration diffeacuterentes

(10 mg L-1

et 40 mg L-1

) en fixant les concentrations de Fe2+

agrave 134 mg L-1

et celle du H2O2 agrave

6 mg L-1

(figure 17)

Figure 15Effet de la concentration du BM

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM

[BM] mg L-1

Rendement () Temps de

deacutecoloration (min)

10 9738 8

40 9565 14

Nous avons constateacute que la concentration du BM de concentration 10 mg L-1

srsquoest deacutegradeacutee

rapidement et complegravetement avec un temps de deacutecoloration (td) de 8 min tandis que celle de

40 mg L-1

est plus lente avec un td de 14 min Donc plus la solution est concentreacutee plus le

temps de deacutegradation est important

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La cineacutetique de deacutecoloration du colorant BM de concentrations respectives de 10 et

40 mg L-1

obeacuteit agrave la loi cineacutetique de pseudo premier

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM

Solution kapp

BM = 10 mg L-1

028

BM = 40 mg L-1

010

La deacutetermination de la constante apparente de vitesse montre eacutegalement que cette derniegravere

varie en fonction de la concentration en BM En effet la valeur de kapp est deux fois plus

supeacuterieure pour une concentration en BM de 10 mg L-1

que pour celle de 40 mg L-1

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene

Figure 16 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel

Une solution du bleu de meacutethylegravene de concentration 40 mg L-1

est soumise agrave un traitement par

proceacutedeacute Fenton en utilisant 6 mg L-1

de H2O2 et le fer industriel agrave une concentration de 134

mg L-1

Des preacutelegravevements ont eacuteteacute effectueacutes agrave des intervalles reacuteguliers de temps afin de suivre

lrsquoeacutevolution de la deacutegradation par Spectrophotomeacutetrie Lrsquoanalyse spectromeacutetrique des

eacutechantillons est effectueacutee par un balayage du spectre UV-Visible entre 200 et 800 nm (figure

18)

Nous remarquons que plus le temps de traitement est important plus le pic drsquoabsorbance dans

le visible agrave 661 diminue drsquointensiteacute pour srsquoannuler complegravetement agrave partir du 30 min Par

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contre le pic dans le domaine UV agrave 291 il diminue certes drsquointensiteacute mais ne srsquoannule pas

mecircme apregraves 45 min de traitement

Ce reacutesultat nous permet de conclure que le proceacutedeacute Fenton permet une deacutegradation partielle

de la moleacutecule du BM au bout de notre temps de reacuteaction Drsquoapregraves Cao et al (1999) les pics

appartenant aux domaine drsquoUV entre 200 et 260 sont relatives au cycle benzegravene mono ou

poly substitueacute Ceci revient agrave dire que la deacutegradation du BM passe par deux eacutetapes

Deacutegradation du groupement fonctionnel de la moleacutecule du BM (λ = 661 nm) crsquoest agrave

dire que la rupture de lrsquoheacuteteacuterocycle central entraine la perte des conjugaisons des deux

lateacuteraux ce qui explique la deacutecoloration plus ou moins rapide de la solution

La deacutegradation des cycles benzegravene persistant en solution est beaucoup plus lente

puisque lrsquointensiteacute de ce pic (λ = 291 nm) diminue mais ne srsquoannule pas alors que la

solution est claire On peut dire eacutegalement que cette deacutegradation des cycles benzegravene

persistants est due au temps de reacuteaction trop court

4- Effet de la concentration du H2O2

a) En Absence de Fer

En utilisant deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

nous

avons varieacute les concentrations du H2O2 de 1 agrave 6 mg L-1

en absence du fer agrave un pH = 3 et agrave

tempeacuterature ambiante Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacutes sur la figure ci-dessous

Figure 19 Deacutegradation du BM par H2O2 seul

Quel que soit la concentration du BM 10 mg L-1

ou 40 mg L-1

lrsquoeffet du H2O2 sur la

deacutegradation du colorant est pratiquement nulle En effet apregraves un temps arbitraire de 20 min

de traitement on remarque un taux drsquoabattement de 17 pour la concentration en BM de 10

mg L-1

alors qursquoil est nul pour une concentration initiale de 40 mg L-1

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Il est donc clair que le pouvoir oxydant du H2O2 nrsquoest pas assez suffisant pour pouvoir

deacutegrader le BM En effet le H2O2 agrave un pouvoir oxydant de Edeg = 176 VENH par contre

celui drsquoOHbull est de 28 VENH

La mecircme conclusion a eacuteteacute observeacute par Naima (2008) sur lrsquoutilisation du H2O2 seul dans le

traitement des huiles drsquoolive (margines) Le reacutesultat a donneacute que le H2O2 seul pour des valeurs

de concentrations 3 et 20 g L-1

ne peut eacuteliminer totalement la margine de lrsquoeffluents drsquohuilerie

drsquoolive de concentration initiale de 1 g L-1

la moyenne de taux drsquoabattement obtenue ne

deacutepasse pas la valeur de 32 Yameogo (2013) a remarqueacute eacutegalement que lrsquoutilisation du

H2O2 seul nrsquoa eu aucune influence sur la deacutegradation de lrsquoamarante par proceacutedeacute photo-fenton

et heacuteteacuterogegravene avec charbon actif la concentration nrsquoa pas varieacute tout au long du traitement

b) En preacutesence du Fer

Lrsquoefficaciteacute du traitement est donc tributaire de lrsquoexistence de deux entiteacutes H2O2 et Fe2+

En

effet Bach et al (2010) ont utiliseacute le Fe2+

pour traiter lrsquoeau industrielle ils ont trouveacute que le

fer a permis de mineacuteraliser 95 drsquoeacutethylegravene-glycol et 85 de pheacutenol dans une eau industrielle

par proceacutedeacute Fenton Marciel et al (2004) ont remarqueacute que lrsquoapport de sulfate ferreux a

ameacutelioreacute la reacuteduction du COT de 45 agrave 55 lors drsquoune eacutetude drsquooxydation drsquoune solution

pheacutenolique par le proceacutedeacute photo-fenton

Pour la suite Nous avons maintenu la mecircme variation des concentrations en H2O2 (de 1 agrave 6

mg L-1

) mais en additionnant le fer industriel (sulfate ferreux) avec une concentration de 134

mg L-1

pour deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

agrave

tempeacuterature ambiante et agrave un pH eacutegale agrave 3 Ceci revient qursquoen solution le rapport R =

varie de 075 15 25 5 (Figure 20)

Figure 17 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Quel que soit la concentration initiale en BM ou en H2O2 lrsquoaddition du fer a entraineacute

lrsquoapparition de la deacutegradation graduelle de la coloration

Plus la concentration en H2O2 est importante plus la vitesse de deacutegradation augmente

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

[BM] mg L-1

10 40

Variation de H2O2 Rendement () Rendement ()

1 6730 5508

2 8522 7029

3 9769 9632

6 9954 9860

La figure 20 montre que taux de deacutecoloration en preacutesence du catalyseur devient plus

important avec lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 Il passe apregraves 60 min de

traitement de 6730 pour une concentration en H2O2 de 1 mg L-1

agrave 9954 pour celle de 6

mg L-1

Ceci est parfaitement preacutevisible puisque lrsquoexistence de lrsquoHydroxyde radicalaire principale

responsable de la deacutegradation est tributaire de la concentration initial en H2O2 (Eq2 sect 11)

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence de

la variation du H2O2

[BM] = 10 mg L-1

[BM] = 40 mg L-1

Ordre de la

reacuteaction k k

075 00036 00005 Ordre 2

15 00092 00007

25 0067 0065 Ordre 1

5 02879 0103

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Nous remarquons que lorsque la concentration en H2O2 augmente lrsquoordre partiel de la reacuteaction

change En effet pour des concentrations en H2O2 lt 3 mg L-1

la reacuteaction de deacutegradation est de

lrsquoordre 2 alors que pour des concentrations plus eacuteleveacutees elle est drsquoordre 1

Nadjette (2009) a montreacute que la deacutegradation du Meacutethyle Orange en preacutesence de dioxyde de

titane (TiO2) suit une cineacutetique drsquoordre 1 Redha (2011) a trouveacute eacutegalement lrsquoordre partiel de

la reacuteaction est eacutegal agrave 1 lors de son eacutetude sur le traitement du Rouge drsquoalizarine S et lrsquoOrange

G par proceacutedeacute drsquooxydation avanceacutee (POA)

Bennani et al (2010) ont eacutelimineacute le bleu de meacutethylegravene en solution aqueuse par lrsquoargile de Safi

(Maroc) Les reacutesultats ont montreacute que le pseudo-second ordre peut deacutecrire le comportement

cineacutetique de lrsquoadsorption du bleu de meacutethylegravene sur lrsquoargile brute et celle purifieacutee Des reacutesultats

similaires ont eacuteteacute observeacutes Gurses et al (2006) et Tsai et al (2007)

Les valeurs de kapp obtenus pour une solution de concentration initiale en BM de 10 mg L-1

sont supeacuterieures agrave celles obtenues pour la solution de 40 mg L-1

et ce lagrave quel que soit lrsquoordre

de la reacuteaction ou la concentration en H2O2 en solution Ces valeurs augmentent avec

lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 et passe de 36 10-3

agrave 02879 et de 05 10-3

agrave 0103

pour une les solutions en BM de 10 et 40 mg L-1

respectivement

5- Effet de la concentration en fer

Pour la suite nous eacutetudierons lrsquoeffet de la concentration en Fer sur lrsquoefficaciteacute du traitement

du BM pour deux solutions de concentration 10 et 40 mg L-1

en BM Les essais ont eacuteteacute

reacutealiseacutes en maintenant constante la concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

et en faisant varieacute la

concentration en Fe2+

de 02 agrave 134 mg L-1

correspondant agrave une variation du rapport R =

de 5 agrave 30

Figure 18 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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En absence de fer aucune baisse dans la concentration en BM nrsquoest observeacutee Pourtant degraves

lrsquoajout drsquoune faible concentration (02 mg L-1

) entraine une diminution progressive de la

couleur au cours du temps Il est eacutegalement observeacute que quel que soit la concentration initiale

en BM le temps de deacutegradation (td) du colorant est inversement proportionnel agrave la

concentration en Fe2+

en solution En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

td

passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 alors que pour une concentration

de 40 mg L-1

il passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig22)

Figure 19 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer industriel

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction du rapport R

[BM] = 10 mg L

-1 [BM] = 40 mg L

-1

kapp kapp

OR

DR

E

1

par

rapport

agrave B

M 30 00027 00125

15 00061 00321

10 0026 00496

5 02879 0103

Nous remarquons que lrsquoeffet de lrsquoaugmentation de la concentration en Fe2+

en solution sur la

cineacutetique de deacutegradation du BM est beaucoup plus important pour des faibles concentrations

(10 mg L-1

) que pour les fortes concentrations (40 mg L-1

) En effet pour une variation de R de

30 agrave 10 kapp eacutevolue de 27 10-4

min agrave 26 10-2

min soit un facteur 100 pour une concentration

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en BM de 10 mg L-1

alors qursquoelle eacutevolue de 00125 agrave 005 soit un facteur 4 pour une

concentration en BM de 40 mg L-1

Drsquoapregraves ces reacutesultats on peut conclure drsquoune faccedilon geacuteneacuterale que la preacutesence drsquoune forte

concentration du catalyseur favorise la formation des radicaux OHbull principaux responsable de

la deacutegradation du BM Pourtant il a eacuteteacute montreacute dans plusieurs eacutetudes (Brillas et al 2004

Diagne 2006 Oturan et al 1999) que le Fe2+

ajouteacute agrave forte dose entraine une perte du

rendement du proceacutedeacute puisque le Fe2+

en plus de son rocircle de catalyseur peut jouer un rocircle de

destructeur crsquoest-agrave-dire qursquoil piegravege les OHbull produits

Lrsquoeacutelimination des polluants reacutefractaires est donc tributaire de la preacutesence des ions meacutetallique

sauf qursquoil neacutecessite un apport important en Fe2+

ce qui entraine un coucirct (Bouafia 2010)

Crsquoest pour cette raison que nous avons opteacute pour lrsquoutilisation de la lateacuterite en faisant une

attaque acide afin drsquoextraire le fer pour traiter le BM

II- UTILISATION DE LATERITE

Les eacutechantillons de la lateacuterite choisie se preacutesentent tous sous forme de poudres de couleur

ocre Lrsquoapplication drsquoun proceacutedeacute qui neacutecessite des quantiteacutes preacutecis de fer est un peu difficile

pour un pays dont le taux drsquoalphabeacutetisation est seulement de 218 et un seuil de pauvreteacute

(PIB par habitant est eacutegal agrave 1500 $) En effet lrsquoajout drsquoune forte concentration du catalyseur

dans la solution agrave traiter peut diminuer lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute Fenton Lrsquoanalyse DRX a

montreacute que la lateacuterite existante au Burkina-Faso est riche en fer En effet pour la reacutegion de

Dano le pourcentage en fer atteint 44 en masse alors que pour Koubri il est de 31

La premiegravere question auquel on srsquoeacutetait poseacute est si le fer eacutetait facilement ex tractable ou bien il

neacutecessite une mineacuteralisation preacutealable

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

La figure ci-dessous montre lrsquoallure de lrsquoeffet de lit de lateacuterite de Dano drsquoune part et celui de

Koubri drsquoautre avec ajustement de pH dans une solution du BM de concentration 40 mg L-1

en maintenant ma concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 20 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

Nous observons que la solution du BM en contact avec le lit de Dano se deacutegrade plus vite que

celle en contact avec le lit de lateacuterite de Koubri Cela est ducirc au fait que la lateacuterite de Dano

libegravere plus facilement sa phase ferrique par rapport agrave celle de Koubri

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri)

Dans ce cadre nous avons compareacute lrsquoeffet drsquoun lit de lateacuterite (ajustement du pH) et une lateacuterite

attaqueacutee avec du H2SO4 sur une solution du BM agrave 40 mg L-1

La concentration en H2O2 eacutetant

maintenue agrave 6 mg L-1

(figure 24)

Figure 21 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri

La figure 24 montre que la quantiteacute de colorant deacutegradeacutee deacutecroit plus rapidement dans le cas

de lrsquoattaque acide Ce comportement est ducirc qursquoelle libegravere plus de Fe2+

en solution Le Fe2+

en

contact avec le H2O2 forme les radicaux hydroxyles (OHbull) pour le traitement des polluants

organiques par le proceacutedeacute Fenton

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

[BM] mg

L-1

Dano Koubri

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Rendement

()

4394 9991 364 9685

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Le taux drsquoabattement du BM par lrsquoattaque acide sur la lateacuterite de Dano est de 9991 apregraves

un temps de manipulation de 5 heures alors que celui du lit de lateacuterite (ajustement du pH) est

de 4394 pour le mecircme intervalle de temps

Cette diffeacuterence de rendement entre les lits de deux lateacuterites (Dano 4394 et Koubri

364) est due que la lateacuterite de Dano libegravere plus facilement sa phase ferrique que celle de

Koubri Etant donneacute que les phases ferriques sont les mecircmes pour les deux lateacuterites on

pourrait conclure que la diffeacuterence provient aussi du fait que la lateacuterite de Dano est beaucoup

plus riche en fer Ce qui facilite son extraction et que pour Koubri la phase Anastase en TiO2

pourrait gecircner son extraction

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et

Koubri)

Nous avons compareacute lrsquoefficaciteacute de 3 acides (sulfurique laquoH2SO4raquo chlorhydrique laquoHCl raquo et

nitrique laquoHNO3raquo) pour lrsquoextraction du fer des lateacuterites La concentration de la solution du

BM utiliseacutee est de 40 mg L-1

la concentration en H2O2 est toujours maintenue agrave 6 mg L-1

Figure 22 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri

La figure 25 montre que la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est la plus efficace pour la

deacutecoloration de la solution En effet Pour la lateacuterite de Dano le td est de 40 mn pour le H2SO4

et drsquoune heure (1h) et 1h30 pour le HNO3 et le HCl respectivement Pour celle de Koubri le

td de la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est drsquoune heure (1h) tandis que pour des deux autres

acides HCl et HNO3 les td sont respectivement de deux (2h) et quatre heure (4h)

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri

[BM] mg L-1

Dano Koubri

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Rendement () 9991 9890 9797 9685 9593 9223

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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On peut deacuteduire que lrsquoefficaciteacute de lrsquoattaque acide par le H2SO4 utiliseacute pour extraire le fer de

la lateacuterite est due au caractegravere diacide (H2SO4)

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri)

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig26)

Figure 23 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer extrait de la lateacuterite

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction des attaques acides (Dano et Koubri)

Attaque acide Dano Koubri

kapp

OR

DR

E 1 par

rapport

agrave B

M

HCl 00127 00094

HNO3 00131 00096

H2SO4 00142 00194

Nous remarquons que lrsquoutilisation de la lateacuterite de Dano ne change pas lrsquoordre apparent de la

vitesse de deacutegradation qui reste eacutegale 1 La valeur de kapp varie de 127 10-2

min-1

pour HCl et

142 10-2

min pour H2SO4 ce qui confirme bien le reacutesultat obtenu pour la figure 19

Pour la lateacuterite de Koubri la valeur de kapp varie de 910-3

min-1

pour HCl et 194 10-2

min-1

pour H2SO4

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5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer

de la lateacuterite (Dano et Koubri)

Sur la figure 27 nous avons superposeacute les reacutesultats obtenus pour la deacutegradation drsquoune solution

de 40 mg L-1

du BM en preacutesence de 6 mg L-1

de H2O2 avec lrsquoajout de Fer extrait de la lateacuterite

de Dano et Koubri drsquoune part et le fer industriel drsquoautre part

Figure 24 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel

Il est montreacute que le taux de deacutegradation obtenu est perceptiblement le mecircme seule reste un

handicap le temps de traitement 20 min pour le fer industriel 40 min pour le fer extrait de la

lateacuterite de Dano et 1h pour celui de Koubri

Le traitement par la lateacuterite de Dano est efficace et preacutesente donc un avantage certains

puisqursquoil permet de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du BM par rapport agrave celui par la lateacuterite de

Koubri qui deacutegrade seulement que 9796

Beaucoup drsquoeacutetudes ont eacuteteacute faites sur lrsquoeacutelimination du bleu de meacutethylegravene En utilisant le

charbon actif commercial CECA40 de granulomeacutetrie infeacuterieure agrave 125 μm Houas et al (1999)

ont eacutelimineacute 93 du BM dans lrsquoeau pour un temps de contact de 5heures Kumar and

Tamilarasan (2013) ont utiliseacute 01g de charbon actif agrave base des graines drsquoacacia pour eacuteliminer

9312 de BM Bennani et al (2010) ont eacutetudieacute lrsquoadsorption BM sur lrsquoargile brute et

purifieacutee Ils ont montreacute que le processus drsquoadsorption est tregraves rapide et que 95 de la quantiteacute

adsorbeacutee est atteinte pendant les dix premiegraveres minutes Talidi (2006) a utiliseacute la pyrophyllite

(argile) il a montreacute que lrsquoadsorption du BM est de lrsquoordre de 7845 6658 et 5471

respectivement pour les concentrations initiales de 75 225 et 374ppm Sassi and Bennour

(2011) ont utiliseacute le traitement biologique par Biosorption du BM par Pseudomonas

Aeruginosa isoleacute agrave partir drsquoune boue de laiterie a montreacute un taux drsquoeacutelimination du BM variant

de 45 agrave 55 aux valeurs de pH = 7 et 8

Nous pouvons dire que le traitement par la lateacuterite a permis de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du

BM par rapport aux eacutetudes faites en utilisant drsquoautres mateacuteriaux et que la lateacuterite recouvre

000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 100 200 300

[BM

] mg

Lˉˡ

temps de traitement (mn)

Attaque acide

(Dano)

Attaque acide

(Koubri)

Fer industriel

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33 du continent mondial ce qui pourrait rendre son utilisation moins chegravere par rapport aux

autres traitements (Fer industriel Charbon actifhellip) puis qursquoon nrsquoa pas fait une eacutetude

eacuteconomique pour voir son cout

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CONCLUSION

Ce travail qui a porteacute sur la deacutegradation du colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute

Fenton en comparant les performances obtenues entre lrsquoutilisation du fer industriel (Fenton

classique) et le fer extrait de la lateacuterite ont montreacute que

Pour lrsquoutilisation du fer industriel la deacutegradation du BM est obtenue agrave une valeur de 3 pour

une variation du rapport des concentrations R de 15 agrave 5 et que lrsquoutilisation du peroxyde (H2O2)

seul ne peut pas deacutegrader le BM car son pouvoir oxydant nrsquoest pas assez suffisant pour

pouvoir deacutegrader le colorant Lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute est donc intimement lieacutee agrave lrsquoexistence de

deux reacuteactifs En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

le temps de deacutecoloration

(td) passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 et pour celle de 40 mg L-1

il

passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R Le traitement du BM par proceacutedeacute

fenton est donc tributaire de lrsquoutilisation de Fe2+

Afin de minimiser le coucirct du traitement et surtout voir lrsquoefficaciteacute du traitement en utilisant la

lateacuterite nous avons essayeacute de remplacer le fer industriel par le fer extrait de la lateacuterite

provenant de deux reacutegions du Burkina-Faso Dano et Koubri

Les reacutesultats obtenus par lrsquoutilisation du fer de la lateacuterite sont inteacuteressants pour des eacutetudes sur

drsquoautres colorants En effet le lit de lateacuterite avec ajustement du pH a permis une deacutegradation du

colorant de 44 pour un temps de traitement de 5h tandis que le traitement par lrsquoattaque acide

lui a deacutegradeacute le BM de pregraves que 100 En effet les taux drsquoabattements pour lrsquoattaque acide de

la lateacuterite de Dano et de Koubri sont respectivement de 99 au bout de 40 min et de 97 pour

une manipulation drsquoenviron 1 h

Cette eacutetude sur la deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en utilisation le fer de la lateacuterite

nous a permis de montrer qursquoil est possible de simplifier de point de vue utilisation et coucirct le

proceacutedeacute Fenton pour les colorants syntheacutetiques drsquoeffluents industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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PERSPECTIVES

En perspectives il serait inteacuteressant

De faire une eacutetude approfondi pour voir le cout du traitement du proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite

Essayer de traiter drsquoautres familles de colorants en utilisant la lateacuterite attaqueacutee par

lrsquoacide pour voir lrsquoefficaciteacute du systegraveme

Appliquer le traitement sur des effluents textiles reacuteels

Imaginer un systegraveme de traitement agrave grand eacutechelle

Essayer le traitement sur drsquoautres polluants reacutecalcitrant PCB pheacutenol pesticides

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Page 19: Dégradation des effluents textiles (cas d’un colorant

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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par exemple la coagulation-floculation suivie drsquoune deacutecantation (clarification) lrsquoadsorption sur

charbon actif lrsquoeacutechange drsquoions ou la filtration membranaire

B1- Coagulation-floculation

Sous le terme de coagulationndashfloculation on entend tous les processus physico-chimiques par

lesquels des particules colloiumldales ou des solides en fine suspension sont transformeacutes par des

floculants chimiques en espegraveces plus visibles et seacuteparables (les flocs) Les flocs formeacutes sont

ensuite seacutepareacutes par deacutecantation et filtration puis eacutevacueacutes Les coagulants inorganiques tels que

lrsquoalun (Al2(SO4)314H2O) donnent les reacutesultats plus que satisfaisants pour la deacutecoloration des

effluents textiles contenant des colorants disperseacutes de cuve et soufreacutes mais sont totalement

inefficaces pour les colorants azoiumlques acides et basiques (Barclay and Buckley 2000) et

(Vendevivere et al 1998) Par ailleurs la coagulationndashfloculation ne peut ecirctre utiliseacutee pour les

colorants fortement solubles dans lrsquoeau comme le cas du BM

Le principal deacutesavantage de cette technique est qursquoelle geacutenegravere une importante quantiteacute de boue

entrainant des investissements suppleacutementaires

B2- Filtration membranaire

Dans ce proceacutedeacute les polluants sont retenus par une membrane semi permeacuteable dont le diamegravetre

des pores est infeacuterieur agrave celui des moleacutecules agrave eacuteliminer Cette technique est largement utiliseacutee

dans le domaine de lrsquoeau potable et le dessalement La filtration sur membrane sous lrsquoeffet

drsquoune pression hydraulique se deacutecline en microfiltration lrsquoultrafiltration la nano filtration et

lrsquoosmose inverse Parmi les quatre types de proceacutedeacutes la nano filtration et lrsquoosmose inverse sont

les plus adapteacutes agrave la reacuteduction partielle de la couleur et des petites moleacutecules organiques

(Taylor and Jacobs 1996) (Calobro et al 1990) En effet la nano filtration srsquoapplique surtout

au traitement des bains de teinture de colorants reacuteactifs en agissant comme un filtre moleacuteculaire

tandis que la microfiltration retient les mateacuteriaux colloiumldaux tels que les colorants disperseacutes ou

de cuve gracircce agrave une laquomembrane eacutecranraquo (Van der Bruggen et al 2003) Lrsquoultrafiltration ne

srsquoapplique qursquoagrave la reacuteduction de DCO et des solides en suspension (Anselme and Jacobs 1996)

et nrsquoest reacuteellement efficace qursquoen combinaison avec la coagulationfloculation

B3- Adsorption sur charbon actif et autres mateacuteriaux

Le polluant est transfeacutereacute de la phase liquide vers la phase solide lors de lrsquoadsorption Le

charbon actif eacutetant consideacutereacute comme lrsquoadsorbant le plus efficace pour la reacuteduction de la

couleur est limiteacute pour lrsquoeacutelimination de certains colorants Seuls les cationiques colorant agrave

mordant disperseacutes ou dits de cuve sont eacutelimineacutes par cette technique (Raghavacharya 1997)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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C- Meacutethodes chimique

Les techniques drsquooxydation chimiques sont geacuteneacuteralement appliqueacutees quand les proceacutedeacutes

biologiques sont inefficaces Elles peuvent ecirctre ainsi utiliseacutees pour les proceacutedeacutes biologiques en

eacutetapes de preacutetraitement afin de diminuer la charge polluante Lrsquooxydation chimique est

eacutegalement appliqueacutee pour le traitement des organiques dangereux preacutesents en faibles

concentrations et des effluents chargeacutes de constituants reacutesistants aux meacutethodes de

biodeacutegradation Le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) le Cl2 et O3 sont les reacuteactifs les plus souvent

utiliseacutes pour ce type de traitement Le H2O2 est un oxydant moyennement fort et son application

pour le traitement des polluants organiques et inorganiques est bien eacutetablie (Neyens et al

2003) Mais lrsquooxydation par H2O2 nrsquoest pas suffisamment efficace pour de fortes concentrations

en colorant Hamada et al (1998) ont proposeacute de traiter les colorants azoiumlques par hypochlorure

de sodium Cependant si la moleacutecule initiale est deacutetruite les halogegravenes sont susceptibles de

former des trihalomeacutethanes comme sous-produits de deacutegradation lesquels sont canceacuterigegravenes

pour lrsquoHomme

Drsquoougrave la neacutecessiteacute drsquoutiliser des produits drsquooxydation encore plus performant comme les

proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutes (POA)

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation

Avanceacutee (POA)

Lrsquoindustrialisation intensive qui a vu le jour au cours du dernier siegravecle a causeacute lrsquoapparition dans

lrsquoenvironnement de polluants eacutemergents reacutefractaires qui sont reconnus canceacuterigegravenes et

mutagegravenes Dans lrsquooptique de limiter la pollution de lrsquoenvironnement des strateacutegies de

traitement efficaces et eacutecologiques ont eacuteteacute deacuteveloppeacutees Parmi ces strateacutegies se trouve

lrsquoapplication des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee (POA) Figure 3

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Il srsquoagit de proceacutedeacutes de traitement oxydatif qui peuvent ecirctre subdiviseacutes en quatre groupes

(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse

utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et reacutepondent aux

critegraveres suivant (Suty et al 2003)

Ne pas induire de pollution secondaire

Non toxique

Non corrosif pour les eacutequipements

Etre le plus rentable possible

Etre relativement le plus simple agrave manipuler

Les OHbull sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse utiliser dans le domaine des

eaux et des effluents industriels avec une vitesse drsquooxydation (109

fois plus eacuteleveacutee) agrave celle de

lrsquoozone et son potentiel drsquooxydation est de 28 VENH (Parsons 2004) Tableau 1

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique

Oxydant Pouvoir oxydant Edeg (VENH)

OHbull 280

Oo 242

O3 207

H2O2 (milieu acide) 178

Cl2 136

O2 123

Plusieurs secteurs ont utiliseacutes ces proceacutedeacutes pour traiter leurs eaux par exemple Parsons (2004)

lrsquoa utiliseacute pour le traitement des eaux de surface et souterraines Martinez-Huitle and Ferro

(2006) lrsquoont utiliseacute pour le traitement des eaux industrielles Hayet (2011) lrsquoa testeacute dans

lrsquoeacutelimination du 4- chloropheacutenol Hsing et al (2007) et Wu and Chang (2006) ont lrsquoutiliseacute pour

deacutecolorer les eaux des industries textiles Bouafia (2010) a utiliseacute le proceacutedeacute drsquooxydation

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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avanceacutee baseacutee sur le reacuteactif de fenton pour deacutegrader les colorants textiles Derradji (2012) a

coupleacute le POA avec un traitement biologique pour le traitement des eaux useacutees industrielles

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

)

Fenton avait deacutecrivit agrave la fin du XIX egraveme

siegravecle que le fer ferreux (Fe2+

) favorisait fortement

lrsquooxydation de lrsquoacide maleacuteique par le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) en milieu acide (Fenton

1894) Des travaux ulteacuterieurs ont montreacute que la combinaison de H2O2 et de Fe2+

nommeacute

laquo Reacuteactif de Fenton raquo eacutetant un oxydant efficace pour une grande varieacuteteacute de substrats

organiques notamment les pheacutenols les pesticides les aromatiques polycycliques et des

colorants en particulier les azoiumlques (Spadaro et al 1994 Benitez et al 2001 De Heredia et

al 2001) Quarante (40) ans plus tard Haber and Weiss (1934) identifiaient le radical

Hydroxyl comme eacutetant lrsquoespegravece oxydante de la reacuteaction preacutesenteacutee ci-dessous et communeacutement

appeleacutee reacuteaction de Fenton

(Eq2)

Le fer ferrique geacuteneacutereacute peut ensuite reacuteagir avec le peroxyde drsquohydrogegravene pour redonner le fer

ferreux

(Eq3)

La vitesse de deacutecomposition de H2O2 par le Fer II augmente lorsque le pH augmente (le 5) car

dans cette gamme de pH la forme preacutedominante Fe(OH) 2+

est beaucoup plus reacuteactive que lrsquoion

Fe2+

(Kuo 1992)

Lrsquoeacutetude de la deacutepollution des effluents textiles coloreacutes par le proceacutedeacute Fenton (systegraveme H2O2

Fe2+

) a eacuteteacute reacuteveacuteleacutee tregraves efficace et plusieurs eacutetudes ont montreacute que le taux de mineacuteralisation des

colorants syntheacutetiques augmente avec lrsquoaugmentation des doses des reacuteactifs et du temps de

reacuteaction Le rapport des reacuteactifs R =

et le rapport

joue aussi un rocircle important

dans la vitesse de deacutegradation de colorants de deacutepart et sur le taux de mineacuteralisation (Kuo

1992)

Le proceacutedeacute Fenton possegravede trois (03) caracteacuteristiques attractives pour le traitement des

composeacutes organiques (Redha 2011)

Les radicaux hydroxyles OHbull produits reacuteagissent tregraves rapidement (10

9 fois plus reacuteactif

que le O3)

Les reacuteactifs sont simples agrave manipuler et sans danger pour lrsquoenvironnement

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Les produits finaux de deacutegradation (H2O CO2 ions mineacuteraux et hydroxydes ferriques)

nrsquointroduisent pas une pollution suppleacutementaire

Le proceacutedeacute de Fenton est composeacute geacuteneacuteralement de quatre eacutetapes principales ajustement du

pH oxydation neutralisation et coagulationpreacutecipitation Pour lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute la

reacuteaction de fenton ne peut se produire qursquoagrave un pH voisin ou eacutegal agrave 3 ce qui reacutesulte un ajout des

solutions acides Au-delagrave des valeurs de pH comprises entre 3 et 4 le fer (Fe2+

ou Fe3+

) est

susceptible de preacutecipiter et former des hydroxydes de fer induisant ainsi une faible activiteacute

catalytique Le milieu doit ecirctre approvisionneacute drsquoune maniegravere continue Ce qui peut alourdir les

couts de traitement

Le proceacutedeacute Fenton est consideacutereacute aujourdrsquohui comme le proceacutedeacute dont sa mise en œuvre est facile

et plus utiliseacute dans le monde pour le traitement drsquoeffluents industriels textiles mais le proceacutedeacute

est limiteacute par le manque de geacuteneacuteration du catalyseur qui neacutecessite geacuteneacuteralement un apport

constat en reacuteactif et qui contraint de ce fait agrave lrsquoapprovisionner en continu le milieu en peroxyde

drsquohydrogegravene (H2O2) tregraves couteux

III- LA LATERITE

Le Burkina-Faso est un pays de lrsquoAfrique occidentale avec une superficie de 274 000 kmsup2 et le

recouvrement lateacuteritique est un caractegravere dominant des paysages peacuteneacuteplaines ou tabulaires qui

caracteacuterisent sa plus grande partie Les lateacuterites se preacutesentent sous forme de plateaux eacutetendus

buttes teacutemoins cuirasses indureacutes etc Lrsquoeacutepaisseur de ces lateacuterites varie selon la nature des

formations sur lesquelles elles se reposent

La lateacuterite (du latin later brique) est une roche rouge ou brun qui se forme par alteacuteration des

roches sous les climats tropicaux Elle est constitueacutee du fer (Limonite ferrihydrite geothite

heacutematite) drsquoaluminium (Gibbsite cliachite boehmite) de titane de manganegravese et de

silicium On la trouve surtout en domaine intertropical et recouvre 33 des continents

Pour lrsquoeacutetude de la deacutegradation du colorant BM nous avons utiliseacute deux types de lateacuterite

provenant lrsquoune de la reacutegion de Koubri dans le Centre et contenant 314 de fer et lrsquoautre dans

la reacutegion Sud-Ouest du Burkina-Faso contenant 447 pour le traitement (Figure 4) Ces

lateacuterites ont eacuteteacute caracteacuteriseacutees au Laboratoire CRISMAT (Centre National de Recherche et de

Technologie Mateacuteriaux ENSI Caen) en France

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE

Lrsquoutilisation des substances organiques dans lrsquoindustrie sans traitement est la deacutegradation de la

qualiteacute des eaux qui se reacutepercute sur la santeacute de lrsquoecirctre humain Dans ce chapitre nous allons voir

les produits et mateacuteriels ainsi que la meacutethodologie expeacuterimentale utiliseacutes pour la deacutegradation du

colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute Fenton en phase homogegravene en utilisant le fer

industriel puis le fer extrait de la lateacuterite

Nous preacutesentons en premier lieu la technique du dosage du BM et les reacuteactifs utiliseacutes pour la

deacutegradation de notre colorant Nous eacutevoquons les techniques de caracteacuterisation de la lateacuterite par

diffraction des rayons X et analyse quantitative

I- PRODUITS ET MATERIELS

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite)

Pour lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite nous avons utiliseacute

certains reacuteactifs qui sont illustreacutes dans le tableau 2

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes

Produits Fournisseur Qualiteacute

Bleu de meacutethylegravene Fluka 96

Peroxyde drsquohydrogegravene

(H2O2)

Preacutepareacute par

Laboratoires Gilbert (CA 655-

301-3)

9

Acide sulfurique (H2SO4) Sigma-Aldrich (CA 7664-93-9) 95-97

Sulfate ferreux (FeSO4

7H2O

Fluka Chemika (CA44990) 98

Hydroxyde de Sodium

NaOH

Sigma Aldrich 32

Eau ultra-pure ou Milli-Q Polisseur drsquoeau du LEDES 0055 microScm ou 183

2- Mateacuteriels utiliseacutes

Les mateacuteriels utiliseacutes pour les suivis cineacutetiques de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite sont la spectrophotomeacutetrie DR 5000 la lateacuterite et les trois types drsquoacides

lrsquoacide sulfurique lrsquoacide chlorhydrique lrsquoacide nitrique pour lrsquoextraction du fer de la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM

Les eacutechantillons de lateacuterites utiliseacutees lors de ce travail ont eacuteteacute caracteacuteriseacutes au Laboratoire

CRISMAT (Centre National de Recherche Technologique Mateacuteriaux ENSI Caen) en France Ils

proviennent de deux reacutegions du Burkina-Faso (Dano et Koubri) contiennent respectivement 44

7 et 314 de fer et ont eacuteteacute obtenus par les analyses en diffraction des rayons X (DRX) et en

microscopie eacutelectronique agrave balayage (MEB)

Le principe de lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS

Lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS est une analyse quantitative en des points ou zones speacutecifiques dun

eacutechantillon en utilisant la spectromeacutetrie agrave seacutelection deacutenergie (EDS)

Son principe est que par lintermeacutediaire dun canon agrave eacutelectrons un faisceau deacutelectrons est envoyeacute

sur leacutechantillon En contact avec la matiegravere ces eacutelectrons interagissent de diffeacuterentes faccedilons

Le MEB-EDS du laboratoire va permettre dexploiter trois informations distinctes dont deux qui

vont ecirctre traduites en images

-Une image en eacutelectrons secondaires (SE) qui naicirct dune interaction entre les eacutelectrons du

faisceau et les eacutelectrons des couches eacutelectroniques de latome et qui nous donnera une

information topographique de leacutechantillon

- Une image en eacutelectrons reacutetrodiffuseacutes (BSE) qui reacutesulte de linteraction entre les eacutelectrons du

faisceau le noyau et le nuage eacutelectronique de latome et qui permettra de creacuteer une image par

contraste chimique

- Une troisiegraveme information que lon obtient est une analyse eacuteleacutementaire le microscope

eacutelectronique agrave balayage eacutetant coupleacute agrave un deacutetecteur de rayons X agrave dispersion deacutenergie

Le principe de lrsquoanalyse par Diffraction Rayon X (DRX)

La diffraction des rayons X est une technique danalyse fondeacutee comme son nom lrsquoindique sur la

diffraction des rayons X sur la matiegravere La diffraction des rayons X est un pheacutenomegravene

dinterfeacuterence constructive qui se produit quand un faisceau de rayons X (onde

eacutelectromagneacutetique) peacutenegravetre dans un cristal (empilement peacuteriodique datomes) Il peut donc

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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apparaitre quand on place un monocristal un poly-cristal ou une poudre devant une source de

rayons X Lemplacement des faisceaux diffracteacutes nous informe sur la peacuteriodiciteacute du (des) cristal

tandis que lintensiteacute de ces faisceaux nous informe sur la nature et la position des atomes

contenus dans le cristal La position des intensiteacutes diffracteacutees nous renseignera sur la taille de la

maille tandis que lintensiteacute nous permettra de calculer la position des atomes dans la maille

ainsi que leur nature Les proprieacuteteacutes chimiques ou physiques dun mateacuteriau deacutependent de la

position et la nature des atomes du cristal

Les caracteacuteristiques du diffractomegravetre des eacutechantillons de la poudre de lateacuterite analyseacutee sur un

diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 eacutequipeacute drsquoun monochromateur avant et drsquoun deacutetecteur Lynx-

Eye sont rassembleacutees dans le tableau et figures ci-dessous

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Position initiale [deg2Th] 10 0050

Position finale [deg2Th] 99 9910

Taille [deg2Th] 00110

Temps drsquoeacutetape de balayage [s] 1170

Fente de divergence Fixed

Fente de divergence [mm] 2

Tempeacuterature de mesure [degC] 21

Mateacuteriel drsquoanode Cu

K Alpha 1 [Aring] 154060

Geacuteneacuterateur 40 mA 40 kV

Monochromateur de rayon incident Oui

Rotation Non

Ouverture de deacutetecteur [deg] 35

Deacutetecteur de discrimination LL [V] 017

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri

Les diffeacuterentes phases des eacutechantillons de lateacuterites par lrsquoanalyse en diffraction RX sont

reacutecapituleacutees sur ce tableau

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

Phase Koubri Dano

-massique -massique

Phase majoritaire Kaolinite 333 36

Quartz 326 161

Deuxiegraveme sous-ensemble de phase Goethite FeO(OH) 211 352

Heacutematite Fe2O3 73 63

Ferrite

(fer-alpha)

3 32

Phase anatase TiO2 27

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene

La solution megravere du BM de concentration 1 g L-1

a eacuteteacute preacutepareacutee en mettant les cristaux dans un

litre drsquoeau distilleacutee Les solutions standard pour lrsquoeacutetablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage ont

eacuteteacute obtenues par des dilutions successives jusqursquoaux concentrations deacutesireacutees

Le suivi de lrsquoeacutevolution de la concentration du BM au cours du temps est fait par

spectrophotomeacutetrie UVVisible

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible

La spectrophotomeacutetrie est une technique analytique quantitative qui consiste agrave mesurer

lrsquoabsorbance ou la densiteacute optique drsquoune substance chimique donneacutee en solution La meacutethode

repose sur la loi de Beer-Lambert qui eacutenonce

Lorsqursquoune substance absorbe de la lumiegravere dans le domaine de lrsquoultra-violet et du

visible lrsquoeacutenergie absorbeacutee provoque des perturbations dans la structure eacutelectronique des

atomes ions ou moleacutecules Un ou plusieurs eacutelectrons utilisent cette eacutenergie pour sauter

drsquoun niveau de basse eacutenergie agrave un niveau de plus haute eacutenergie Ces transitions

eacutelectroniques se font dans le domaine de 350 agrave 800nm pour le visible et entre 200 agrave 350

nm pour lrsquoultra-violet

Un milieu homogegravene traverseacute par la lumiegravere absorbe une partie de celle-ci les

diffeacuterentes radiations constituant le faisceau incident sont diffeacuteremment absorbeacutees

suivant leur longueur drsquoonde et les radiations transmisses sont alors caracteacuteristiques du

milieu

Soit un rayon lumineux monochromatique de longueur drsquoonde λ traversant un milieu

homogegravene drsquoeacutepaisseur l Le taux de deacutecroissance de lrsquointensiteacute lumineuse en fonction de

lrsquoeacutepaisseur du milieu absorbant est donneacute par la loi de Lambert

A= log (

) (Eq4)

Avec

I0 intensiteacute initiale de la lumiegravere traverseacutee

I intensiteacute de la lumiegravere transmise

A absorbance

La spectrophotomeacutetrie UVVisible permet de suivre la deacutecoloration des solutions gracircce aux

absorbances qui eacutevoluent en fonction du temps de traitement Elle permet eacutegalement de suivre

lrsquoeacutevolution des ions gracircce agrave leurs diffeacuterents dosages

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM

a- Deacutetermination des longueurs drsquoondes drsquoabsorption maximale

Le spectre drsquoabsorbance du BM a eacuteteacute balayeacute entre 200 et 800 nm afin de suivre quantitativement

sa concentration Les pics de notre colorant sont obtenus agrave 661nm et 291nm (fig 8) Les

diffeacuterentes absorbances ont eacuteteacute deacutetermineacutees et une courbe deacutetalonnage a eacuteteacute traceacutee en utilisant

des solutions standard variant de 0 agrave 8 mg L-1

pour les deux longueurs drsquoondes

Figure 8 Spectre du Bleu de meacutethylegravene

b- Etablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage du BM

La concentration [Fx] des solutions eacutetalon varie de 1 agrave 8 mg L-1

Les volumes agrave preacutelever sont

calculeacutes en appliquant lrsquoeacutequation suivante

(Eq5)

Avec [Fx] - Concentration de lrsquoeacutetalon

Vx - Volume drsquoeacutetalon agrave preacuteparer

[M] - Concentration de la solution megravere

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene

Solution Zero 1 2 3 4 5

Concentration [mgL-1] 0 2 3 4 6 8

Volume neacutecessaire [mL] 0 02 03 04 06 08

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Pour tracer la courbe drsquoeacutetalonnage nous avons introduit les diffeacuterents volumes dans des fioles de

100 mL ensuite nous avons compleacuteteacute agrave lrsquoeau distilleacutee jusqursquoau trait de jauge On a mis la

spectrophotomeacutetrie en marche et proceacutedeacute agrave la lecture du blanc puis successivement des solutions

eacutetalons

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm)

Solution 0 1 2 3 4 5

Con (mg L-1

) 0 2 3 4 6 8

Absorbance (nm) pour λ = 661 0 085 13 18 23 3

Absorbance (nm) pour λ = 291 0 04 06 09 12 17

Figure 9 Courbe deacutetalonnage (λmax = 661 nm et λmax = 291 nm) variation de labsorbance en

fonction de la concentration du BM

4- Preacuteparation des solutions de fer

a- Solution de fer industriel

Le reacuteactif utiliseacute est le sulfate ferreux ou sulfate de fer (II) drsquoune poudre blanchacirctre agrave lrsquoeacutetat

anhydre dont la formule est FeSO4 7H2O Pour la preacuteparation du Fe2+

de concentration 3 g L-1

nous avons verseacute 3 g du sulfate ferreux anhydre dans une fiole de 1 L contenant 500 mL drsquoeau

milli-Q puis ajouter une (1) goutte drsquoacide sulfurique (H2SO4) concentreacute agrave 98 dans la fiole et

laisser agiter pendant 30 secondes Apregraves compleacuteter jusqursquoau trait de jauge et placer sous

agitation durant 1 h jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune solution de couleur rouge brique

b- Solution de fer de la lateacuterite

Pour la deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite les solutions de la lateacuterite

ont eacuteteacute preacutepareacutees de la maniegravere suivante

Pour le lit de lateacuterite nous avons preacuteleveacute

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

Compleacuteter drsquoeau milli-Q (eau ultra pure) jusqursquoau trait de jauge

y = 03938x

Rsup2 = 09869

0

05

1

15

2

25

3

35

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

661nm

y = 02094x

Rsup2 = 09972

0

02

04

06

08

1

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

291 nm

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Ajuster par la suite le pH de la solution agrave 3 avec lrsquoacide sulfurique (concentreacute agrave

95-97)

Figure 8 Lit de lateacuterite

Pour la lateacuterite attaqueacute par de lrsquoacide concentreacute pour lrsquoextraction du Fer

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

30 m L drsquoacide (HClHNO3H2SO4)

Ajouter avec prudence 20 mL drsquoeau milli-Q pour avoir 50 mL de solution

Preacutelever le surnageant pour le traitement du bleu de meacutethylegravene

Figure 9 Attaque acide de la lateacuterite

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton

Lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM srsquoest faite par trois diffeacuterentes eacutetapes

Une solution du BM est soumise agrave un traitement par proceacutedeacute Fenton en utilisant du H2O2

et le fer industriel (Fe2+

) ajustement du pH agrave 3 (Fig12)

Figure 10 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel

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Pour la deacutegradation du BM en utilisant la lateacuterite deux eacutetapes ont eacuteteacute imageacutes lrsquoune par

un lit de lateacuterite et lrsquoautre par la lateacuterite attaqueacutee par trois types drsquoacides (Fig13)

Figure 11 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM

Nous avons deacutetermineacute la cineacutetique de deacutecoloration agrave partir des valeurs des absorbances trouveacutees

agrave 661nm La deacutetermination de la constante de vitesse kapp permet de donner un ordre de

grandeur de la vitesse Expeacuterimentalement on peut montrer que la vitesse de reacuteaction bilan du

BM srsquoeacutecrit de la maniegravere suivante

Bleu de meacutethylegravene + OHbull rarr sous-produit du bleu de meacutethylegravene (Eq6)

Pour la cineacutetique drsquoordre 1

V = -

= kapp (Eq7) reacuteaction de pseudo ordre un laquo1 raquo

Avec

V vitesse de deacutegradation catalytique (mg L-1

h-1

)

kapp constante apparente de deacutegradation (min ou h-1

)

[BM] concentration du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

t temps de reacuteaction (h)

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

Ln (

) = kapp t (Eq8)

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Figure 12 Reacuteaction de pseudo ordre 1

Pour la cineacutetique drsquoordre 2

V = -

= kapp (Eq9) reacuteaction de pseudo ordre un laquo2 raquo

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

int

= - int

(Eq10)

(Eq11)

Figure 13 Reacuteaction de pseudo ordre 2

Pour le calcul des rendements ou taux drsquoabattement (τ) agrave lrsquoissu des eacutetudes cineacutetiques de

deacutegradation du BM nous avons utiliseacute cette formule ci-dessous

τ =

(Eq12)

Rsup2 = 09863

-070

-060

-050

-040

-030

-020

-010

000

0 2 4 6 8

ln (C

Co)

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 1

Rsup2 = 09499

0

0005

001

0015

002

0025

003

0 2 4 6 8

1C

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 2

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CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL

Tous les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes agrave tempeacuterature ambiante (25degC) Les concentrations du bleu de

meacutethylegravene choisies pour lrsquoexpeacuterience sont 10 et 40 mg L-1

1- Effet de pH du milieu

Etant donneacute que le proceacutedeacute Fenton est baseacute sur lrsquoeffet catalytique du Fer et plus preacuteciseacutement

du Fe2+

il nous est paru neacutecessaire de commencer lrsquoeacutetude par la deacutetermination du pH

optimale pour le proceacutedeacute Lrsquoajustement du pH du milieu srsquoeffectue agrave lrsquoaide drsquoune solution

drsquoacide sulfurique Ce choix est justifieacute par lrsquoexistence deacutejagrave au sein de la solution des ions

2-

suite agrave lrsquoaddition du Fe2+

sous la forme de FeSO4 7H2O

Les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes avec une concentration en BM de 20 mg L-1

un rapport R = 15

correspondant agrave des concentrations de 6 et 040 mg L-1

en H2O2 et Fe2+

respectivement et

pour des valeurs de pH variant entre 3 et 5 Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacute sur figure 16

Figure 14 Effet du pH

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t = 20

min)

pH Rendement ()

3 96

35 5245

4 6156

5 5509

000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 5 10 15 20

[BM

] m

gL

ˉˡ

temps de deacutegradation (mn)

pH = 3

pH = 35

pH = 4

pH = 5

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Drsquoapregraves le tableau preacutecegravedent nous observons que le pH favorable pour la deacutegradation du BM

par le proceacutedeacute Fenton est pH = 3 avec un taux de deacutegradation de 96 au bout de 20 min

De nombreux travaux sur les proceacutedeacutes Fenton ont montreacute que le pH 3 semble ecirctre la meilleure

valeur pour une deacutegradation optimale des polluants organique ((Tang and Huang 1996 Kuo

and Lo 1999) Pour la suite du travail nous adopterons deacutesormais cette valeur de pH

2- Effet de la concentration en BM

Nous avons traiteacute agrave un pH = 3 et agrave 25degC deux solutions du BM de concentration diffeacuterentes

(10 mg L-1

et 40 mg L-1

) en fixant les concentrations de Fe2+

agrave 134 mg L-1

et celle du H2O2 agrave

6 mg L-1

(figure 17)

Figure 15Effet de la concentration du BM

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM

[BM] mg L-1

Rendement () Temps de

deacutecoloration (min)

10 9738 8

40 9565 14

Nous avons constateacute que la concentration du BM de concentration 10 mg L-1

srsquoest deacutegradeacutee

rapidement et complegravetement avec un temps de deacutecoloration (td) de 8 min tandis que celle de

40 mg L-1

est plus lente avec un td de 14 min Donc plus la solution est concentreacutee plus le

temps de deacutegradation est important

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La cineacutetique de deacutecoloration du colorant BM de concentrations respectives de 10 et

40 mg L-1

obeacuteit agrave la loi cineacutetique de pseudo premier

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM

Solution kapp

BM = 10 mg L-1

028

BM = 40 mg L-1

010

La deacutetermination de la constante apparente de vitesse montre eacutegalement que cette derniegravere

varie en fonction de la concentration en BM En effet la valeur de kapp est deux fois plus

supeacuterieure pour une concentration en BM de 10 mg L-1

que pour celle de 40 mg L-1

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene

Figure 16 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel

Une solution du bleu de meacutethylegravene de concentration 40 mg L-1

est soumise agrave un traitement par

proceacutedeacute Fenton en utilisant 6 mg L-1

de H2O2 et le fer industriel agrave une concentration de 134

mg L-1

Des preacutelegravevements ont eacuteteacute effectueacutes agrave des intervalles reacuteguliers de temps afin de suivre

lrsquoeacutevolution de la deacutegradation par Spectrophotomeacutetrie Lrsquoanalyse spectromeacutetrique des

eacutechantillons est effectueacutee par un balayage du spectre UV-Visible entre 200 et 800 nm (figure

18)

Nous remarquons que plus le temps de traitement est important plus le pic drsquoabsorbance dans

le visible agrave 661 diminue drsquointensiteacute pour srsquoannuler complegravetement agrave partir du 30 min Par

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contre le pic dans le domaine UV agrave 291 il diminue certes drsquointensiteacute mais ne srsquoannule pas

mecircme apregraves 45 min de traitement

Ce reacutesultat nous permet de conclure que le proceacutedeacute Fenton permet une deacutegradation partielle

de la moleacutecule du BM au bout de notre temps de reacuteaction Drsquoapregraves Cao et al (1999) les pics

appartenant aux domaine drsquoUV entre 200 et 260 sont relatives au cycle benzegravene mono ou

poly substitueacute Ceci revient agrave dire que la deacutegradation du BM passe par deux eacutetapes

Deacutegradation du groupement fonctionnel de la moleacutecule du BM (λ = 661 nm) crsquoest agrave

dire que la rupture de lrsquoheacuteteacuterocycle central entraine la perte des conjugaisons des deux

lateacuteraux ce qui explique la deacutecoloration plus ou moins rapide de la solution

La deacutegradation des cycles benzegravene persistant en solution est beaucoup plus lente

puisque lrsquointensiteacute de ce pic (λ = 291 nm) diminue mais ne srsquoannule pas alors que la

solution est claire On peut dire eacutegalement que cette deacutegradation des cycles benzegravene

persistants est due au temps de reacuteaction trop court

4- Effet de la concentration du H2O2

a) En Absence de Fer

En utilisant deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

nous

avons varieacute les concentrations du H2O2 de 1 agrave 6 mg L-1

en absence du fer agrave un pH = 3 et agrave

tempeacuterature ambiante Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacutes sur la figure ci-dessous

Figure 19 Deacutegradation du BM par H2O2 seul

Quel que soit la concentration du BM 10 mg L-1

ou 40 mg L-1

lrsquoeffet du H2O2 sur la

deacutegradation du colorant est pratiquement nulle En effet apregraves un temps arbitraire de 20 min

de traitement on remarque un taux drsquoabattement de 17 pour la concentration en BM de 10

mg L-1

alors qursquoil est nul pour une concentration initiale de 40 mg L-1

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Il est donc clair que le pouvoir oxydant du H2O2 nrsquoest pas assez suffisant pour pouvoir

deacutegrader le BM En effet le H2O2 agrave un pouvoir oxydant de Edeg = 176 VENH par contre

celui drsquoOHbull est de 28 VENH

La mecircme conclusion a eacuteteacute observeacute par Naima (2008) sur lrsquoutilisation du H2O2 seul dans le

traitement des huiles drsquoolive (margines) Le reacutesultat a donneacute que le H2O2 seul pour des valeurs

de concentrations 3 et 20 g L-1

ne peut eacuteliminer totalement la margine de lrsquoeffluents drsquohuilerie

drsquoolive de concentration initiale de 1 g L-1

la moyenne de taux drsquoabattement obtenue ne

deacutepasse pas la valeur de 32 Yameogo (2013) a remarqueacute eacutegalement que lrsquoutilisation du

H2O2 seul nrsquoa eu aucune influence sur la deacutegradation de lrsquoamarante par proceacutedeacute photo-fenton

et heacuteteacuterogegravene avec charbon actif la concentration nrsquoa pas varieacute tout au long du traitement

b) En preacutesence du Fer

Lrsquoefficaciteacute du traitement est donc tributaire de lrsquoexistence de deux entiteacutes H2O2 et Fe2+

En

effet Bach et al (2010) ont utiliseacute le Fe2+

pour traiter lrsquoeau industrielle ils ont trouveacute que le

fer a permis de mineacuteraliser 95 drsquoeacutethylegravene-glycol et 85 de pheacutenol dans une eau industrielle

par proceacutedeacute Fenton Marciel et al (2004) ont remarqueacute que lrsquoapport de sulfate ferreux a

ameacutelioreacute la reacuteduction du COT de 45 agrave 55 lors drsquoune eacutetude drsquooxydation drsquoune solution

pheacutenolique par le proceacutedeacute photo-fenton

Pour la suite Nous avons maintenu la mecircme variation des concentrations en H2O2 (de 1 agrave 6

mg L-1

) mais en additionnant le fer industriel (sulfate ferreux) avec une concentration de 134

mg L-1

pour deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

agrave

tempeacuterature ambiante et agrave un pH eacutegale agrave 3 Ceci revient qursquoen solution le rapport R =

varie de 075 15 25 5 (Figure 20)

Figure 17 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

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Quel que soit la concentration initiale en BM ou en H2O2 lrsquoaddition du fer a entraineacute

lrsquoapparition de la deacutegradation graduelle de la coloration

Plus la concentration en H2O2 est importante plus la vitesse de deacutegradation augmente

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

[BM] mg L-1

10 40

Variation de H2O2 Rendement () Rendement ()

1 6730 5508

2 8522 7029

3 9769 9632

6 9954 9860

La figure 20 montre que taux de deacutecoloration en preacutesence du catalyseur devient plus

important avec lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 Il passe apregraves 60 min de

traitement de 6730 pour une concentration en H2O2 de 1 mg L-1

agrave 9954 pour celle de 6

mg L-1

Ceci est parfaitement preacutevisible puisque lrsquoexistence de lrsquoHydroxyde radicalaire principale

responsable de la deacutegradation est tributaire de la concentration initial en H2O2 (Eq2 sect 11)

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence de

la variation du H2O2

[BM] = 10 mg L-1

[BM] = 40 mg L-1

Ordre de la

reacuteaction k k

075 00036 00005 Ordre 2

15 00092 00007

25 0067 0065 Ordre 1

5 02879 0103

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Nous remarquons que lorsque la concentration en H2O2 augmente lrsquoordre partiel de la reacuteaction

change En effet pour des concentrations en H2O2 lt 3 mg L-1

la reacuteaction de deacutegradation est de

lrsquoordre 2 alors que pour des concentrations plus eacuteleveacutees elle est drsquoordre 1

Nadjette (2009) a montreacute que la deacutegradation du Meacutethyle Orange en preacutesence de dioxyde de

titane (TiO2) suit une cineacutetique drsquoordre 1 Redha (2011) a trouveacute eacutegalement lrsquoordre partiel de

la reacuteaction est eacutegal agrave 1 lors de son eacutetude sur le traitement du Rouge drsquoalizarine S et lrsquoOrange

G par proceacutedeacute drsquooxydation avanceacutee (POA)

Bennani et al (2010) ont eacutelimineacute le bleu de meacutethylegravene en solution aqueuse par lrsquoargile de Safi

(Maroc) Les reacutesultats ont montreacute que le pseudo-second ordre peut deacutecrire le comportement

cineacutetique de lrsquoadsorption du bleu de meacutethylegravene sur lrsquoargile brute et celle purifieacutee Des reacutesultats

similaires ont eacuteteacute observeacutes Gurses et al (2006) et Tsai et al (2007)

Les valeurs de kapp obtenus pour une solution de concentration initiale en BM de 10 mg L-1

sont supeacuterieures agrave celles obtenues pour la solution de 40 mg L-1

et ce lagrave quel que soit lrsquoordre

de la reacuteaction ou la concentration en H2O2 en solution Ces valeurs augmentent avec

lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 et passe de 36 10-3

agrave 02879 et de 05 10-3

agrave 0103

pour une les solutions en BM de 10 et 40 mg L-1

respectivement

5- Effet de la concentration en fer

Pour la suite nous eacutetudierons lrsquoeffet de la concentration en Fer sur lrsquoefficaciteacute du traitement

du BM pour deux solutions de concentration 10 et 40 mg L-1

en BM Les essais ont eacuteteacute

reacutealiseacutes en maintenant constante la concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

et en faisant varieacute la

concentration en Fe2+

de 02 agrave 134 mg L-1

correspondant agrave une variation du rapport R =

de 5 agrave 30

Figure 18 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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En absence de fer aucune baisse dans la concentration en BM nrsquoest observeacutee Pourtant degraves

lrsquoajout drsquoune faible concentration (02 mg L-1

) entraine une diminution progressive de la

couleur au cours du temps Il est eacutegalement observeacute que quel que soit la concentration initiale

en BM le temps de deacutegradation (td) du colorant est inversement proportionnel agrave la

concentration en Fe2+

en solution En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

td

passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 alors que pour une concentration

de 40 mg L-1

il passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig22)

Figure 19 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer industriel

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction du rapport R

[BM] = 10 mg L

-1 [BM] = 40 mg L

-1

kapp kapp

OR

DR

E

1

par

rapport

agrave B

M 30 00027 00125

15 00061 00321

10 0026 00496

5 02879 0103

Nous remarquons que lrsquoeffet de lrsquoaugmentation de la concentration en Fe2+

en solution sur la

cineacutetique de deacutegradation du BM est beaucoup plus important pour des faibles concentrations

(10 mg L-1

) que pour les fortes concentrations (40 mg L-1

) En effet pour une variation de R de

30 agrave 10 kapp eacutevolue de 27 10-4

min agrave 26 10-2

min soit un facteur 100 pour une concentration

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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en BM de 10 mg L-1

alors qursquoelle eacutevolue de 00125 agrave 005 soit un facteur 4 pour une

concentration en BM de 40 mg L-1

Drsquoapregraves ces reacutesultats on peut conclure drsquoune faccedilon geacuteneacuterale que la preacutesence drsquoune forte

concentration du catalyseur favorise la formation des radicaux OHbull principaux responsable de

la deacutegradation du BM Pourtant il a eacuteteacute montreacute dans plusieurs eacutetudes (Brillas et al 2004

Diagne 2006 Oturan et al 1999) que le Fe2+

ajouteacute agrave forte dose entraine une perte du

rendement du proceacutedeacute puisque le Fe2+

en plus de son rocircle de catalyseur peut jouer un rocircle de

destructeur crsquoest-agrave-dire qursquoil piegravege les OHbull produits

Lrsquoeacutelimination des polluants reacutefractaires est donc tributaire de la preacutesence des ions meacutetallique

sauf qursquoil neacutecessite un apport important en Fe2+

ce qui entraine un coucirct (Bouafia 2010)

Crsquoest pour cette raison que nous avons opteacute pour lrsquoutilisation de la lateacuterite en faisant une

attaque acide afin drsquoextraire le fer pour traiter le BM

II- UTILISATION DE LATERITE

Les eacutechantillons de la lateacuterite choisie se preacutesentent tous sous forme de poudres de couleur

ocre Lrsquoapplication drsquoun proceacutedeacute qui neacutecessite des quantiteacutes preacutecis de fer est un peu difficile

pour un pays dont le taux drsquoalphabeacutetisation est seulement de 218 et un seuil de pauvreteacute

(PIB par habitant est eacutegal agrave 1500 $) En effet lrsquoajout drsquoune forte concentration du catalyseur

dans la solution agrave traiter peut diminuer lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute Fenton Lrsquoanalyse DRX a

montreacute que la lateacuterite existante au Burkina-Faso est riche en fer En effet pour la reacutegion de

Dano le pourcentage en fer atteint 44 en masse alors que pour Koubri il est de 31

La premiegravere question auquel on srsquoeacutetait poseacute est si le fer eacutetait facilement ex tractable ou bien il

neacutecessite une mineacuteralisation preacutealable

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

La figure ci-dessous montre lrsquoallure de lrsquoeffet de lit de lateacuterite de Dano drsquoune part et celui de

Koubri drsquoautre avec ajustement de pH dans une solution du BM de concentration 40 mg L-1

en maintenant ma concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 20 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

Nous observons que la solution du BM en contact avec le lit de Dano se deacutegrade plus vite que

celle en contact avec le lit de lateacuterite de Koubri Cela est ducirc au fait que la lateacuterite de Dano

libegravere plus facilement sa phase ferrique par rapport agrave celle de Koubri

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri)

Dans ce cadre nous avons compareacute lrsquoeffet drsquoun lit de lateacuterite (ajustement du pH) et une lateacuterite

attaqueacutee avec du H2SO4 sur une solution du BM agrave 40 mg L-1

La concentration en H2O2 eacutetant

maintenue agrave 6 mg L-1

(figure 24)

Figure 21 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri

La figure 24 montre que la quantiteacute de colorant deacutegradeacutee deacutecroit plus rapidement dans le cas

de lrsquoattaque acide Ce comportement est ducirc qursquoelle libegravere plus de Fe2+

en solution Le Fe2+

en

contact avec le H2O2 forme les radicaux hydroxyles (OHbull) pour le traitement des polluants

organiques par le proceacutedeacute Fenton

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

[BM] mg

L-1

Dano Koubri

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Rendement

()

4394 9991 364 9685

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Le taux drsquoabattement du BM par lrsquoattaque acide sur la lateacuterite de Dano est de 9991 apregraves

un temps de manipulation de 5 heures alors que celui du lit de lateacuterite (ajustement du pH) est

de 4394 pour le mecircme intervalle de temps

Cette diffeacuterence de rendement entre les lits de deux lateacuterites (Dano 4394 et Koubri

364) est due que la lateacuterite de Dano libegravere plus facilement sa phase ferrique que celle de

Koubri Etant donneacute que les phases ferriques sont les mecircmes pour les deux lateacuterites on

pourrait conclure que la diffeacuterence provient aussi du fait que la lateacuterite de Dano est beaucoup

plus riche en fer Ce qui facilite son extraction et que pour Koubri la phase Anastase en TiO2

pourrait gecircner son extraction

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et

Koubri)

Nous avons compareacute lrsquoefficaciteacute de 3 acides (sulfurique laquoH2SO4raquo chlorhydrique laquoHCl raquo et

nitrique laquoHNO3raquo) pour lrsquoextraction du fer des lateacuterites La concentration de la solution du

BM utiliseacutee est de 40 mg L-1

la concentration en H2O2 est toujours maintenue agrave 6 mg L-1

Figure 22 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri

La figure 25 montre que la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est la plus efficace pour la

deacutecoloration de la solution En effet Pour la lateacuterite de Dano le td est de 40 mn pour le H2SO4

et drsquoune heure (1h) et 1h30 pour le HNO3 et le HCl respectivement Pour celle de Koubri le

td de la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est drsquoune heure (1h) tandis que pour des deux autres

acides HCl et HNO3 les td sont respectivement de deux (2h) et quatre heure (4h)

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri

[BM] mg L-1

Dano Koubri

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Rendement () 9991 9890 9797 9685 9593 9223

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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On peut deacuteduire que lrsquoefficaciteacute de lrsquoattaque acide par le H2SO4 utiliseacute pour extraire le fer de

la lateacuterite est due au caractegravere diacide (H2SO4)

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri)

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig26)

Figure 23 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer extrait de la lateacuterite

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction des attaques acides (Dano et Koubri)

Attaque acide Dano Koubri

kapp

OR

DR

E 1 par

rapport

agrave B

M

HCl 00127 00094

HNO3 00131 00096

H2SO4 00142 00194

Nous remarquons que lrsquoutilisation de la lateacuterite de Dano ne change pas lrsquoordre apparent de la

vitesse de deacutegradation qui reste eacutegale 1 La valeur de kapp varie de 127 10-2

min-1

pour HCl et

142 10-2

min pour H2SO4 ce qui confirme bien le reacutesultat obtenu pour la figure 19

Pour la lateacuterite de Koubri la valeur de kapp varie de 910-3

min-1

pour HCl et 194 10-2

min-1

pour H2SO4

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer

de la lateacuterite (Dano et Koubri)

Sur la figure 27 nous avons superposeacute les reacutesultats obtenus pour la deacutegradation drsquoune solution

de 40 mg L-1

du BM en preacutesence de 6 mg L-1

de H2O2 avec lrsquoajout de Fer extrait de la lateacuterite

de Dano et Koubri drsquoune part et le fer industriel drsquoautre part

Figure 24 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel

Il est montreacute que le taux de deacutegradation obtenu est perceptiblement le mecircme seule reste un

handicap le temps de traitement 20 min pour le fer industriel 40 min pour le fer extrait de la

lateacuterite de Dano et 1h pour celui de Koubri

Le traitement par la lateacuterite de Dano est efficace et preacutesente donc un avantage certains

puisqursquoil permet de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du BM par rapport agrave celui par la lateacuterite de

Koubri qui deacutegrade seulement que 9796

Beaucoup drsquoeacutetudes ont eacuteteacute faites sur lrsquoeacutelimination du bleu de meacutethylegravene En utilisant le

charbon actif commercial CECA40 de granulomeacutetrie infeacuterieure agrave 125 μm Houas et al (1999)

ont eacutelimineacute 93 du BM dans lrsquoeau pour un temps de contact de 5heures Kumar and

Tamilarasan (2013) ont utiliseacute 01g de charbon actif agrave base des graines drsquoacacia pour eacuteliminer

9312 de BM Bennani et al (2010) ont eacutetudieacute lrsquoadsorption BM sur lrsquoargile brute et

purifieacutee Ils ont montreacute que le processus drsquoadsorption est tregraves rapide et que 95 de la quantiteacute

adsorbeacutee est atteinte pendant les dix premiegraveres minutes Talidi (2006) a utiliseacute la pyrophyllite

(argile) il a montreacute que lrsquoadsorption du BM est de lrsquoordre de 7845 6658 et 5471

respectivement pour les concentrations initiales de 75 225 et 374ppm Sassi and Bennour

(2011) ont utiliseacute le traitement biologique par Biosorption du BM par Pseudomonas

Aeruginosa isoleacute agrave partir drsquoune boue de laiterie a montreacute un taux drsquoeacutelimination du BM variant

de 45 agrave 55 aux valeurs de pH = 7 et 8

Nous pouvons dire que le traitement par la lateacuterite a permis de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du

BM par rapport aux eacutetudes faites en utilisant drsquoautres mateacuteriaux et que la lateacuterite recouvre

000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 100 200 300

[BM

] mg

Lˉˡ

temps de traitement (mn)

Attaque acide

(Dano)

Attaque acide

(Koubri)

Fer industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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33 du continent mondial ce qui pourrait rendre son utilisation moins chegravere par rapport aux

autres traitements (Fer industriel Charbon actifhellip) puis qursquoon nrsquoa pas fait une eacutetude

eacuteconomique pour voir son cout

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CONCLUSION

Ce travail qui a porteacute sur la deacutegradation du colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute

Fenton en comparant les performances obtenues entre lrsquoutilisation du fer industriel (Fenton

classique) et le fer extrait de la lateacuterite ont montreacute que

Pour lrsquoutilisation du fer industriel la deacutegradation du BM est obtenue agrave une valeur de 3 pour

une variation du rapport des concentrations R de 15 agrave 5 et que lrsquoutilisation du peroxyde (H2O2)

seul ne peut pas deacutegrader le BM car son pouvoir oxydant nrsquoest pas assez suffisant pour

pouvoir deacutegrader le colorant Lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute est donc intimement lieacutee agrave lrsquoexistence de

deux reacuteactifs En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

le temps de deacutecoloration

(td) passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 et pour celle de 40 mg L-1

il

passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R Le traitement du BM par proceacutedeacute

fenton est donc tributaire de lrsquoutilisation de Fe2+

Afin de minimiser le coucirct du traitement et surtout voir lrsquoefficaciteacute du traitement en utilisant la

lateacuterite nous avons essayeacute de remplacer le fer industriel par le fer extrait de la lateacuterite

provenant de deux reacutegions du Burkina-Faso Dano et Koubri

Les reacutesultats obtenus par lrsquoutilisation du fer de la lateacuterite sont inteacuteressants pour des eacutetudes sur

drsquoautres colorants En effet le lit de lateacuterite avec ajustement du pH a permis une deacutegradation du

colorant de 44 pour un temps de traitement de 5h tandis que le traitement par lrsquoattaque acide

lui a deacutegradeacute le BM de pregraves que 100 En effet les taux drsquoabattements pour lrsquoattaque acide de

la lateacuterite de Dano et de Koubri sont respectivement de 99 au bout de 40 min et de 97 pour

une manipulation drsquoenviron 1 h

Cette eacutetude sur la deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en utilisation le fer de la lateacuterite

nous a permis de montrer qursquoil est possible de simplifier de point de vue utilisation et coucirct le

proceacutedeacute Fenton pour les colorants syntheacutetiques drsquoeffluents industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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PERSPECTIVES

En perspectives il serait inteacuteressant

De faire une eacutetude approfondi pour voir le cout du traitement du proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite

Essayer de traiter drsquoautres familles de colorants en utilisant la lateacuterite attaqueacutee par

lrsquoacide pour voir lrsquoefficaciteacute du systegraveme

Appliquer le traitement sur des effluents textiles reacuteels

Imaginer un systegraveme de traitement agrave grand eacutechelle

Essayer le traitement sur drsquoautres polluants reacutecalcitrant PCB pheacutenol pesticides

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

Brigitte MABA Master II Eau et Assainissement Promotion 2013-2014 Page - 44 -

traitement des eaux et des effluents industriels Application agrave la deacutegradation des

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valleacutee Page 205

Page 20: Dégradation des effluents textiles (cas d’un colorant

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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C- Meacutethodes chimique

Les techniques drsquooxydation chimiques sont geacuteneacuteralement appliqueacutees quand les proceacutedeacutes

biologiques sont inefficaces Elles peuvent ecirctre ainsi utiliseacutees pour les proceacutedeacutes biologiques en

eacutetapes de preacutetraitement afin de diminuer la charge polluante Lrsquooxydation chimique est

eacutegalement appliqueacutee pour le traitement des organiques dangereux preacutesents en faibles

concentrations et des effluents chargeacutes de constituants reacutesistants aux meacutethodes de

biodeacutegradation Le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) le Cl2 et O3 sont les reacuteactifs les plus souvent

utiliseacutes pour ce type de traitement Le H2O2 est un oxydant moyennement fort et son application

pour le traitement des polluants organiques et inorganiques est bien eacutetablie (Neyens et al

2003) Mais lrsquooxydation par H2O2 nrsquoest pas suffisamment efficace pour de fortes concentrations

en colorant Hamada et al (1998) ont proposeacute de traiter les colorants azoiumlques par hypochlorure

de sodium Cependant si la moleacutecule initiale est deacutetruite les halogegravenes sont susceptibles de

former des trihalomeacutethanes comme sous-produits de deacutegradation lesquels sont canceacuterigegravenes

pour lrsquoHomme

Drsquoougrave la neacutecessiteacute drsquoutiliser des produits drsquooxydation encore plus performant comme les

proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutes (POA)

2- Procegravedes classiques de traitement des effluents textiles Proceacutedeacutes drsquoOxydation

Avanceacutee (POA)

Lrsquoindustrialisation intensive qui a vu le jour au cours du dernier siegravecle a causeacute lrsquoapparition dans

lrsquoenvironnement de polluants eacutemergents reacutefractaires qui sont reconnus canceacuterigegravenes et

mutagegravenes Dans lrsquooptique de limiter la pollution de lrsquoenvironnement des strateacutegies de

traitement efficaces et eacutecologiques ont eacuteteacute deacuteveloppeacutees Parmi ces strateacutegies se trouve

lrsquoapplication des proceacutedeacutes drsquooxydation avanceacutee (POA) Figure 3

Figure 3 Diffeacuterents proceacutedeacutes doxydations avanceacutes (POA)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Il srsquoagit de proceacutedeacutes de traitement oxydatif qui peuvent ecirctre subdiviseacutes en quatre groupes

(Zaviska et al 2009)

les proceacutedeacutes drsquooxydation chimique en phase homogegravene (H2O2Fe2+

et H2O2O3)

les proceacutedeacutes photo catalytiques en phase homogegravene etou heacuteteacuterogegravene (H2O2UV

O3UV et Fe2+

H2O2UV TiO2UV)

les proceacutedeacutes drsquooxydation sono chimique et

les proceacutedeacutes drsquooxydation eacutelectrochimique

Ces technologies sont toutes baseacutees sur la production drsquoentiteacutes radicalaires notamment les

radicaux hydroxyles (OHbull) qui sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse

utiliser dans le domaine du traitement des eaux et des effluents industriels et reacutepondent aux

critegraveres suivant (Suty et al 2003)

Ne pas induire de pollution secondaire

Non toxique

Non corrosif pour les eacutequipements

Etre le plus rentable possible

Etre relativement le plus simple agrave manipuler

Les OHbull sont des espegraveces oxydantes les plus puissantes que lrsquoon puisse utiliser dans le domaine des

eaux et des effluents industriels avec une vitesse drsquooxydation (109

fois plus eacuteleveacutee) agrave celle de

lrsquoozone et son potentiel drsquooxydation est de 28 VENH (Parsons 2004) Tableau 1

Tableau 1 Comparaison des pouvoirs oxydants de divers oxydant chimique

Oxydant Pouvoir oxydant Edeg (VENH)

OHbull 280

Oo 242

O3 207

H2O2 (milieu acide) 178

Cl2 136

O2 123

Plusieurs secteurs ont utiliseacutes ces proceacutedeacutes pour traiter leurs eaux par exemple Parsons (2004)

lrsquoa utiliseacute pour le traitement des eaux de surface et souterraines Martinez-Huitle and Ferro

(2006) lrsquoont utiliseacute pour le traitement des eaux industrielles Hayet (2011) lrsquoa testeacute dans

lrsquoeacutelimination du 4- chloropheacutenol Hsing et al (2007) et Wu and Chang (2006) ont lrsquoutiliseacute pour

deacutecolorer les eaux des industries textiles Bouafia (2010) a utiliseacute le proceacutedeacute drsquooxydation

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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avanceacutee baseacutee sur le reacuteactif de fenton pour deacutegrader les colorants textiles Derradji (2012) a

coupleacute le POA avec un traitement biologique pour le traitement des eaux useacutees industrielles

3- Reacuteactif de Fenton (H2O2Fe2+

)

Fenton avait deacutecrivit agrave la fin du XIX egraveme

siegravecle que le fer ferreux (Fe2+

) favorisait fortement

lrsquooxydation de lrsquoacide maleacuteique par le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) en milieu acide (Fenton

1894) Des travaux ulteacuterieurs ont montreacute que la combinaison de H2O2 et de Fe2+

nommeacute

laquo Reacuteactif de Fenton raquo eacutetant un oxydant efficace pour une grande varieacuteteacute de substrats

organiques notamment les pheacutenols les pesticides les aromatiques polycycliques et des

colorants en particulier les azoiumlques (Spadaro et al 1994 Benitez et al 2001 De Heredia et

al 2001) Quarante (40) ans plus tard Haber and Weiss (1934) identifiaient le radical

Hydroxyl comme eacutetant lrsquoespegravece oxydante de la reacuteaction preacutesenteacutee ci-dessous et communeacutement

appeleacutee reacuteaction de Fenton

(Eq2)

Le fer ferrique geacuteneacutereacute peut ensuite reacuteagir avec le peroxyde drsquohydrogegravene pour redonner le fer

ferreux

(Eq3)

La vitesse de deacutecomposition de H2O2 par le Fer II augmente lorsque le pH augmente (le 5) car

dans cette gamme de pH la forme preacutedominante Fe(OH) 2+

est beaucoup plus reacuteactive que lrsquoion

Fe2+

(Kuo 1992)

Lrsquoeacutetude de la deacutepollution des effluents textiles coloreacutes par le proceacutedeacute Fenton (systegraveme H2O2

Fe2+

) a eacuteteacute reacuteveacuteleacutee tregraves efficace et plusieurs eacutetudes ont montreacute que le taux de mineacuteralisation des

colorants syntheacutetiques augmente avec lrsquoaugmentation des doses des reacuteactifs et du temps de

reacuteaction Le rapport des reacuteactifs R =

et le rapport

joue aussi un rocircle important

dans la vitesse de deacutegradation de colorants de deacutepart et sur le taux de mineacuteralisation (Kuo

1992)

Le proceacutedeacute Fenton possegravede trois (03) caracteacuteristiques attractives pour le traitement des

composeacutes organiques (Redha 2011)

Les radicaux hydroxyles OHbull produits reacuteagissent tregraves rapidement (10

9 fois plus reacuteactif

que le O3)

Les reacuteactifs sont simples agrave manipuler et sans danger pour lrsquoenvironnement

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Les produits finaux de deacutegradation (H2O CO2 ions mineacuteraux et hydroxydes ferriques)

nrsquointroduisent pas une pollution suppleacutementaire

Le proceacutedeacute de Fenton est composeacute geacuteneacuteralement de quatre eacutetapes principales ajustement du

pH oxydation neutralisation et coagulationpreacutecipitation Pour lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute la

reacuteaction de fenton ne peut se produire qursquoagrave un pH voisin ou eacutegal agrave 3 ce qui reacutesulte un ajout des

solutions acides Au-delagrave des valeurs de pH comprises entre 3 et 4 le fer (Fe2+

ou Fe3+

) est

susceptible de preacutecipiter et former des hydroxydes de fer induisant ainsi une faible activiteacute

catalytique Le milieu doit ecirctre approvisionneacute drsquoune maniegravere continue Ce qui peut alourdir les

couts de traitement

Le proceacutedeacute Fenton est consideacutereacute aujourdrsquohui comme le proceacutedeacute dont sa mise en œuvre est facile

et plus utiliseacute dans le monde pour le traitement drsquoeffluents industriels textiles mais le proceacutedeacute

est limiteacute par le manque de geacuteneacuteration du catalyseur qui neacutecessite geacuteneacuteralement un apport

constat en reacuteactif et qui contraint de ce fait agrave lrsquoapprovisionner en continu le milieu en peroxyde

drsquohydrogegravene (H2O2) tregraves couteux

III- LA LATERITE

Le Burkina-Faso est un pays de lrsquoAfrique occidentale avec une superficie de 274 000 kmsup2 et le

recouvrement lateacuteritique est un caractegravere dominant des paysages peacuteneacuteplaines ou tabulaires qui

caracteacuterisent sa plus grande partie Les lateacuterites se preacutesentent sous forme de plateaux eacutetendus

buttes teacutemoins cuirasses indureacutes etc Lrsquoeacutepaisseur de ces lateacuterites varie selon la nature des

formations sur lesquelles elles se reposent

La lateacuterite (du latin later brique) est une roche rouge ou brun qui se forme par alteacuteration des

roches sous les climats tropicaux Elle est constitueacutee du fer (Limonite ferrihydrite geothite

heacutematite) drsquoaluminium (Gibbsite cliachite boehmite) de titane de manganegravese et de

silicium On la trouve surtout en domaine intertropical et recouvre 33 des continents

Pour lrsquoeacutetude de la deacutegradation du colorant BM nous avons utiliseacute deux types de lateacuterite

provenant lrsquoune de la reacutegion de Koubri dans le Centre et contenant 314 de fer et lrsquoautre dans

la reacutegion Sud-Ouest du Burkina-Faso contenant 447 pour le traitement (Figure 4) Ces

lateacuterites ont eacuteteacute caracteacuteriseacutees au Laboratoire CRISMAT (Centre National de Recherche et de

Technologie Mateacuteriaux ENSI Caen) en France

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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Figure 4 Localisation des reacutegions (DANO et KOUBRI)

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CHAPITRE II MATERIELS ET METHODE

Lrsquoutilisation des substances organiques dans lrsquoindustrie sans traitement est la deacutegradation de la

qualiteacute des eaux qui se reacutepercute sur la santeacute de lrsquoecirctre humain Dans ce chapitre nous allons voir

les produits et mateacuteriels ainsi que la meacutethodologie expeacuterimentale utiliseacutes pour la deacutegradation du

colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute Fenton en phase homogegravene en utilisant le fer

industriel puis le fer extrait de la lateacuterite

Nous preacutesentons en premier lieu la technique du dosage du BM et les reacuteactifs utiliseacutes pour la

deacutegradation de notre colorant Nous eacutevoquons les techniques de caracteacuterisation de la lateacuterite par

diffraction des rayons X et analyse quantitative

I- PRODUITS ET MATERIELS

1 Les produits utiliseacutes (Fer industriel H2O2 BM acide lateacuterite)

Pour lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite nous avons utiliseacute

certains reacuteactifs qui sont illustreacutes dans le tableau 2

Tableau 2 Produits chimiques utiliseacutes

Produits Fournisseur Qualiteacute

Bleu de meacutethylegravene Fluka 96

Peroxyde drsquohydrogegravene

(H2O2)

Preacutepareacute par

Laboratoires Gilbert (CA 655-

301-3)

9

Acide sulfurique (H2SO4) Sigma-Aldrich (CA 7664-93-9) 95-97

Sulfate ferreux (FeSO4

7H2O

Fluka Chemika (CA44990) 98

Hydroxyde de Sodium

NaOH

Sigma Aldrich 32

Eau ultra-pure ou Milli-Q Polisseur drsquoeau du LEDES 0055 microScm ou 183

2- Mateacuteriels utiliseacutes

Les mateacuteriels utiliseacutes pour les suivis cineacutetiques de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite sont la spectrophotomeacutetrie DR 5000 la lateacuterite et les trois types drsquoacides

lrsquoacide sulfurique lrsquoacide chlorhydrique lrsquoacide nitrique pour lrsquoextraction du fer de la lateacuterite

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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Figure 5 DR 5000 et la lateacuterite utiliseacutee pour la deacutegradation du BM

Les eacutechantillons de lateacuterites utiliseacutees lors de ce travail ont eacuteteacute caracteacuteriseacutes au Laboratoire

CRISMAT (Centre National de Recherche Technologique Mateacuteriaux ENSI Caen) en France Ils

proviennent de deux reacutegions du Burkina-Faso (Dano et Koubri) contiennent respectivement 44

7 et 314 de fer et ont eacuteteacute obtenus par les analyses en diffraction des rayons X (DRX) et en

microscopie eacutelectronique agrave balayage (MEB)

Le principe de lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS

Lrsquoanalyse eacuteleacutementaire EDS est une analyse quantitative en des points ou zones speacutecifiques dun

eacutechantillon en utilisant la spectromeacutetrie agrave seacutelection deacutenergie (EDS)

Son principe est que par lintermeacutediaire dun canon agrave eacutelectrons un faisceau deacutelectrons est envoyeacute

sur leacutechantillon En contact avec la matiegravere ces eacutelectrons interagissent de diffeacuterentes faccedilons

Le MEB-EDS du laboratoire va permettre dexploiter trois informations distinctes dont deux qui

vont ecirctre traduites en images

-Une image en eacutelectrons secondaires (SE) qui naicirct dune interaction entre les eacutelectrons du

faisceau et les eacutelectrons des couches eacutelectroniques de latome et qui nous donnera une

information topographique de leacutechantillon

- Une image en eacutelectrons reacutetrodiffuseacutes (BSE) qui reacutesulte de linteraction entre les eacutelectrons du

faisceau le noyau et le nuage eacutelectronique de latome et qui permettra de creacuteer une image par

contraste chimique

- Une troisiegraveme information que lon obtient est une analyse eacuteleacutementaire le microscope

eacutelectronique agrave balayage eacutetant coupleacute agrave un deacutetecteur de rayons X agrave dispersion deacutenergie

Le principe de lrsquoanalyse par Diffraction Rayon X (DRX)

La diffraction des rayons X est une technique danalyse fondeacutee comme son nom lrsquoindique sur la

diffraction des rayons X sur la matiegravere La diffraction des rayons X est un pheacutenomegravene

dinterfeacuterence constructive qui se produit quand un faisceau de rayons X (onde

eacutelectromagneacutetique) peacutenegravetre dans un cristal (empilement peacuteriodique datomes) Il peut donc

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apparaitre quand on place un monocristal un poly-cristal ou une poudre devant une source de

rayons X Lemplacement des faisceaux diffracteacutes nous informe sur la peacuteriodiciteacute du (des) cristal

tandis que lintensiteacute de ces faisceaux nous informe sur la nature et la position des atomes

contenus dans le cristal La position des intensiteacutes diffracteacutees nous renseignera sur la taille de la

maille tandis que lintensiteacute nous permettra de calculer la position des atomes dans la maille

ainsi que leur nature Les proprieacuteteacutes chimiques ou physiques dun mateacuteriau deacutependent de la

position et la nature des atomes du cristal

Les caracteacuteristiques du diffractomegravetre des eacutechantillons de la poudre de lateacuterite analyseacutee sur un

diffractomegravetre Bruker D8 vario 1 eacutequipeacute drsquoun monochromateur avant et drsquoun deacutetecteur Lynx-

Eye sont rassembleacutees dans le tableau et figures ci-dessous

Tableau 3 Caracteacuteristiques du diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Diffractomegravetre Bruker D8 vario 1

Position initiale [deg2Th] 10 0050

Position finale [deg2Th] 99 9910

Taille [deg2Th] 00110

Temps drsquoeacutetape de balayage [s] 1170

Fente de divergence Fixed

Fente de divergence [mm] 2

Tempeacuterature de mesure [degC] 21

Mateacuteriel drsquoanode Cu

K Alpha 1 [Aring] 154060

Geacuteneacuterateur 40 mA 40 kV

Monochromateur de rayon incident Oui

Rotation Non

Ouverture de deacutetecteur [deg] 35

Deacutetecteur de discrimination LL [V] 017

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Figure 6 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Dano

Figure 7 Diagramme de diffraction RX de la lateacuterite de Koubri

Les diffeacuterentes phases des eacutechantillons de lateacuterites par lrsquoanalyse en diffraction RX sont

reacutecapituleacutees sur ce tableau

Tableau 4 Reacutecapitulatif des eacutechantillons de lateacuterites par lanalyse par diffraction RX (DRX)

Phase Koubri Dano

-massique -massique

Phase majoritaire Kaolinite 333 36

Quartz 326 161

Deuxiegraveme sous-ensemble de phase Goethite FeO(OH) 211 352

Heacutematite Fe2O3 73 63

Ferrite

(fer-alpha)

3 32

Phase anatase TiO2 27

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II- METHODOLOGIE EXPERIMENTALE

1- Preacuteparation de la solution du bleu de meacutethylegravene

La solution megravere du BM de concentration 1 g L-1

a eacuteteacute preacutepareacutee en mettant les cristaux dans un

litre drsquoeau distilleacutee Les solutions standard pour lrsquoeacutetablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage ont

eacuteteacute obtenues par des dilutions successives jusqursquoaux concentrations deacutesireacutees

Le suivi de lrsquoeacutevolution de la concentration du BM au cours du temps est fait par

spectrophotomeacutetrie UVVisible

2- Principe de la spectrophotomeacutetrie UVVisible

La spectrophotomeacutetrie est une technique analytique quantitative qui consiste agrave mesurer

lrsquoabsorbance ou la densiteacute optique drsquoune substance chimique donneacutee en solution La meacutethode

repose sur la loi de Beer-Lambert qui eacutenonce

Lorsqursquoune substance absorbe de la lumiegravere dans le domaine de lrsquoultra-violet et du

visible lrsquoeacutenergie absorbeacutee provoque des perturbations dans la structure eacutelectronique des

atomes ions ou moleacutecules Un ou plusieurs eacutelectrons utilisent cette eacutenergie pour sauter

drsquoun niveau de basse eacutenergie agrave un niveau de plus haute eacutenergie Ces transitions

eacutelectroniques se font dans le domaine de 350 agrave 800nm pour le visible et entre 200 agrave 350

nm pour lrsquoultra-violet

Un milieu homogegravene traverseacute par la lumiegravere absorbe une partie de celle-ci les

diffeacuterentes radiations constituant le faisceau incident sont diffeacuteremment absorbeacutees

suivant leur longueur drsquoonde et les radiations transmisses sont alors caracteacuteristiques du

milieu

Soit un rayon lumineux monochromatique de longueur drsquoonde λ traversant un milieu

homogegravene drsquoeacutepaisseur l Le taux de deacutecroissance de lrsquointensiteacute lumineuse en fonction de

lrsquoeacutepaisseur du milieu absorbant est donneacute par la loi de Lambert

A= log (

) (Eq4)

Avec

I0 intensiteacute initiale de la lumiegravere traverseacutee

I intensiteacute de la lumiegravere transmise

A absorbance

La spectrophotomeacutetrie UVVisible permet de suivre la deacutecoloration des solutions gracircce aux

absorbances qui eacutevoluent en fonction du temps de traitement Elle permet eacutegalement de suivre

lrsquoeacutevolution des ions gracircce agrave leurs diffeacuterents dosages

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3- Caracteacuterisation par spectrophotomeacutetrie UVVisible des solutions du BM

a- Deacutetermination des longueurs drsquoondes drsquoabsorption maximale

Le spectre drsquoabsorbance du BM a eacuteteacute balayeacute entre 200 et 800 nm afin de suivre quantitativement

sa concentration Les pics de notre colorant sont obtenus agrave 661nm et 291nm (fig 8) Les

diffeacuterentes absorbances ont eacuteteacute deacutetermineacutees et une courbe deacutetalonnage a eacuteteacute traceacutee en utilisant

des solutions standard variant de 0 agrave 8 mg L-1

pour les deux longueurs drsquoondes

Figure 8 Spectre du Bleu de meacutethylegravene

b- Etablissement de la courbe drsquoeacutetalonnage du BM

La concentration [Fx] des solutions eacutetalon varie de 1 agrave 8 mg L-1

Les volumes agrave preacutelever sont

calculeacutes en appliquant lrsquoeacutequation suivante

(Eq5)

Avec [Fx] - Concentration de lrsquoeacutetalon

Vx - Volume drsquoeacutetalon agrave preacuteparer

[M] - Concentration de la solution megravere

Tableau 5 Diffeacuterents volumes des solutions eacutetalons du bleu de meacutethylegravene

Solution Zero 1 2 3 4 5

Concentration [mgL-1] 0 2 3 4 6 8

Volume neacutecessaire [mL] 0 02 03 04 06 08

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Pour tracer la courbe drsquoeacutetalonnage nous avons introduit les diffeacuterents volumes dans des fioles de

100 mL ensuite nous avons compleacuteteacute agrave lrsquoeau distilleacutee jusqursquoau trait de jauge On a mis la

spectrophotomeacutetrie en marche et proceacutedeacute agrave la lecture du blanc puis successivement des solutions

eacutetalons

Tableau 6 Reacutecapitulatif des absorbances agrave deux longueurs donde (661nm et 291nm)

Solution 0 1 2 3 4 5

Con (mg L-1

) 0 2 3 4 6 8

Absorbance (nm) pour λ = 661 0 085 13 18 23 3

Absorbance (nm) pour λ = 291 0 04 06 09 12 17

Figure 9 Courbe deacutetalonnage (λmax = 661 nm et λmax = 291 nm) variation de labsorbance en

fonction de la concentration du BM

4- Preacuteparation des solutions de fer

a- Solution de fer industriel

Le reacuteactif utiliseacute est le sulfate ferreux ou sulfate de fer (II) drsquoune poudre blanchacirctre agrave lrsquoeacutetat

anhydre dont la formule est FeSO4 7H2O Pour la preacuteparation du Fe2+

de concentration 3 g L-1

nous avons verseacute 3 g du sulfate ferreux anhydre dans une fiole de 1 L contenant 500 mL drsquoeau

milli-Q puis ajouter une (1) goutte drsquoacide sulfurique (H2SO4) concentreacute agrave 98 dans la fiole et

laisser agiter pendant 30 secondes Apregraves compleacuteter jusqursquoau trait de jauge et placer sous

agitation durant 1 h jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune solution de couleur rouge brique

b- Solution de fer de la lateacuterite

Pour la deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite les solutions de la lateacuterite

ont eacuteteacute preacutepareacutees de la maniegravere suivante

Pour le lit de lateacuterite nous avons preacuteleveacute

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

Compleacuteter drsquoeau milli-Q (eau ultra pure) jusqursquoau trait de jauge

y = 03938x

Rsup2 = 09869

0

05

1

15

2

25

3

35

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

661nm

y = 02094x

Rsup2 = 09972

0

02

04

06

08

1

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

A (

nm

)

Con (mgLˉˡ)

Courbe deacutetalonnage

291 nm

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

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Ajuster par la suite le pH de la solution agrave 3 avec lrsquoacide sulfurique (concentreacute agrave

95-97)

Figure 8 Lit de lateacuterite

Pour la lateacuterite attaqueacute par de lrsquoacide concentreacute pour lrsquoextraction du Fer

3 g de lateacuterite dans un tube conique de 50 mL

30 m L drsquoacide (HClHNO3H2SO4)

Ajouter avec prudence 20 mL drsquoeau milli-Q pour avoir 50 mL de solution

Preacutelever le surnageant pour le traitement du bleu de meacutethylegravene

Figure 9 Attaque acide de la lateacuterite

5- Preacuteparation des meacutelanges colorant- reacuteactif de Fenton

Lrsquoeacutetude de deacutegradation du BM srsquoest faite par trois diffeacuterentes eacutetapes

Une solution du BM est soumise agrave un traitement par proceacutedeacute Fenton en utilisant du H2O2

et le fer industriel (Fe2+

) ajustement du pH agrave 3 (Fig12)

Figure 10 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer industriel

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Pour la deacutegradation du BM en utilisant la lateacuterite deux eacutetapes ont eacuteteacute imageacutes lrsquoune par

un lit de lateacuterite et lrsquoautre par la lateacuterite attaqueacutee par trois types drsquoacides (Fig13)

Figure 11 Meacutelange colorant-reacuteactif de Fenton en utilisant le fer de la lateacuterite

6- Etude cineacutetique de la deacutecoloration du BM

Nous avons deacutetermineacute la cineacutetique de deacutecoloration agrave partir des valeurs des absorbances trouveacutees

agrave 661nm La deacutetermination de la constante de vitesse kapp permet de donner un ordre de

grandeur de la vitesse Expeacuterimentalement on peut montrer que la vitesse de reacuteaction bilan du

BM srsquoeacutecrit de la maniegravere suivante

Bleu de meacutethylegravene + OHbull rarr sous-produit du bleu de meacutethylegravene (Eq6)

Pour la cineacutetique drsquoordre 1

V = -

= kapp (Eq7) reacuteaction de pseudo ordre un laquo1 raquo

Avec

V vitesse de deacutegradation catalytique (mg L-1

h-1

)

kapp constante apparente de deacutegradation (min ou h-1

)

[BM] concentration du bleu de meacutethylegravene (mg L-1

)

t temps de reacuteaction (h)

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

Ln (

) = kapp t (Eq8)

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Figure 12 Reacuteaction de pseudo ordre 1

Pour la cineacutetique drsquoordre 2

V = -

= kapp (Eq9) reacuteaction de pseudo ordre un laquo2 raquo

Lrsquointeacutegration de cette eacutequation (avec c = c0 agrave t = 0) conduit agrave lrsquoeacutequation suivante

int

= - int

(Eq10)

(Eq11)

Figure 13 Reacuteaction de pseudo ordre 2

Pour le calcul des rendements ou taux drsquoabattement (τ) agrave lrsquoissu des eacutetudes cineacutetiques de

deacutegradation du BM nous avons utiliseacute cette formule ci-dessous

τ =

(Eq12)

Rsup2 = 09863

-070

-060

-050

-040

-030

-020

-010

000

0 2 4 6 8

ln (C

Co)

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 1

Rsup2 = 09499

0

0005

001

0015

002

0025

003

0 2 4 6 8

1C

temps de deacutecoloration (mn)

[BM] = 40 mg Lˉˡ

α = 2

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSIONS

I- UTILISATION DU FER INDUSTRIEL

Tous les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes agrave tempeacuterature ambiante (25degC) Les concentrations du bleu de

meacutethylegravene choisies pour lrsquoexpeacuterience sont 10 et 40 mg L-1

1- Effet de pH du milieu

Etant donneacute que le proceacutedeacute Fenton est baseacute sur lrsquoeffet catalytique du Fer et plus preacuteciseacutement

du Fe2+

il nous est paru neacutecessaire de commencer lrsquoeacutetude par la deacutetermination du pH

optimale pour le proceacutedeacute Lrsquoajustement du pH du milieu srsquoeffectue agrave lrsquoaide drsquoune solution

drsquoacide sulfurique Ce choix est justifieacute par lrsquoexistence deacutejagrave au sein de la solution des ions

2-

suite agrave lrsquoaddition du Fe2+

sous la forme de FeSO4 7H2O

Les essais ont eacuteteacute reacutealiseacutes avec une concentration en BM de 20 mg L-1

un rapport R = 15

correspondant agrave des concentrations de 6 et 040 mg L-1

en H2O2 et Fe2+

respectivement et

pour des valeurs de pH variant entre 3 et 5 Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacute sur figure 16

Figure 14 Effet du pH

Tableau 7 Rendements de deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en fonction du pH (t = 20

min)

pH Rendement ()

3 96

35 5245

4 6156

5 5509

000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 5 10 15 20

[BM

] m

gL

ˉˡ

temps de deacutegradation (mn)

pH = 3

pH = 35

pH = 4

pH = 5

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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Drsquoapregraves le tableau preacutecegravedent nous observons que le pH favorable pour la deacutegradation du BM

par le proceacutedeacute Fenton est pH = 3 avec un taux de deacutegradation de 96 au bout de 20 min

De nombreux travaux sur les proceacutedeacutes Fenton ont montreacute que le pH 3 semble ecirctre la meilleure

valeur pour une deacutegradation optimale des polluants organique ((Tang and Huang 1996 Kuo

and Lo 1999) Pour la suite du travail nous adopterons deacutesormais cette valeur de pH

2- Effet de la concentration en BM

Nous avons traiteacute agrave un pH = 3 et agrave 25degC deux solutions du BM de concentration diffeacuterentes

(10 mg L-1

et 40 mg L-1

) en fixant les concentrations de Fe2+

agrave 134 mg L-1

et celle du H2O2 agrave

6 mg L-1

(figure 17)

Figure 15Effet de la concentration du BM

Tableau 8 Rendements de deacutegradation du BM

[BM] mg L-1

Rendement () Temps de

deacutecoloration (min)

10 9738 8

40 9565 14

Nous avons constateacute que la concentration du BM de concentration 10 mg L-1

srsquoest deacutegradeacutee

rapidement et complegravetement avec un temps de deacutecoloration (td) de 8 min tandis que celle de

40 mg L-1

est plus lente avec un td de 14 min Donc plus la solution est concentreacutee plus le

temps de deacutegradation est important

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La cineacutetique de deacutecoloration du colorant BM de concentrations respectives de 10 et

40 mg L-1

obeacuteit agrave la loi cineacutetique de pseudo premier

Tableau 9 Evolution de kapp la constante apparente de la vitesse de deacutegradation du BM

Solution kapp

BM = 10 mg L-1

028

BM = 40 mg L-1

010

La deacutetermination de la constante apparente de vitesse montre eacutegalement que cette derniegravere

varie en fonction de la concentration en BM En effet la valeur de kapp est deux fois plus

supeacuterieure pour une concentration en BM de 10 mg L-1

que pour celle de 40 mg L-1

3- Etude spectrophotomeacutetrique UVVisible du bleu de meacutethylegravene

Figure 16 Spectre UVVisible du traitement du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant le fer

industriel

Une solution du bleu de meacutethylegravene de concentration 40 mg L-1

est soumise agrave un traitement par

proceacutedeacute Fenton en utilisant 6 mg L-1

de H2O2 et le fer industriel agrave une concentration de 134

mg L-1

Des preacutelegravevements ont eacuteteacute effectueacutes agrave des intervalles reacuteguliers de temps afin de suivre

lrsquoeacutevolution de la deacutegradation par Spectrophotomeacutetrie Lrsquoanalyse spectromeacutetrique des

eacutechantillons est effectueacutee par un balayage du spectre UV-Visible entre 200 et 800 nm (figure

18)

Nous remarquons que plus le temps de traitement est important plus le pic drsquoabsorbance dans

le visible agrave 661 diminue drsquointensiteacute pour srsquoannuler complegravetement agrave partir du 30 min Par

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contre le pic dans le domaine UV agrave 291 il diminue certes drsquointensiteacute mais ne srsquoannule pas

mecircme apregraves 45 min de traitement

Ce reacutesultat nous permet de conclure que le proceacutedeacute Fenton permet une deacutegradation partielle

de la moleacutecule du BM au bout de notre temps de reacuteaction Drsquoapregraves Cao et al (1999) les pics

appartenant aux domaine drsquoUV entre 200 et 260 sont relatives au cycle benzegravene mono ou

poly substitueacute Ceci revient agrave dire que la deacutegradation du BM passe par deux eacutetapes

Deacutegradation du groupement fonctionnel de la moleacutecule du BM (λ = 661 nm) crsquoest agrave

dire que la rupture de lrsquoheacuteteacuterocycle central entraine la perte des conjugaisons des deux

lateacuteraux ce qui explique la deacutecoloration plus ou moins rapide de la solution

La deacutegradation des cycles benzegravene persistant en solution est beaucoup plus lente

puisque lrsquointensiteacute de ce pic (λ = 291 nm) diminue mais ne srsquoannule pas alors que la

solution est claire On peut dire eacutegalement que cette deacutegradation des cycles benzegravene

persistants est due au temps de reacuteaction trop court

4- Effet de la concentration du H2O2

a) En Absence de Fer

En utilisant deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

nous

avons varieacute les concentrations du H2O2 de 1 agrave 6 mg L-1

en absence du fer agrave un pH = 3 et agrave

tempeacuterature ambiante Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacutes sur la figure ci-dessous

Figure 19 Deacutegradation du BM par H2O2 seul

Quel que soit la concentration du BM 10 mg L-1

ou 40 mg L-1

lrsquoeffet du H2O2 sur la

deacutegradation du colorant est pratiquement nulle En effet apregraves un temps arbitraire de 20 min

de traitement on remarque un taux drsquoabattement de 17 pour la concentration en BM de 10

mg L-1

alors qursquoil est nul pour une concentration initiale de 40 mg L-1

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Il est donc clair que le pouvoir oxydant du H2O2 nrsquoest pas assez suffisant pour pouvoir

deacutegrader le BM En effet le H2O2 agrave un pouvoir oxydant de Edeg = 176 VENH par contre

celui drsquoOHbull est de 28 VENH

La mecircme conclusion a eacuteteacute observeacute par Naima (2008) sur lrsquoutilisation du H2O2 seul dans le

traitement des huiles drsquoolive (margines) Le reacutesultat a donneacute que le H2O2 seul pour des valeurs

de concentrations 3 et 20 g L-1

ne peut eacuteliminer totalement la margine de lrsquoeffluents drsquohuilerie

drsquoolive de concentration initiale de 1 g L-1

la moyenne de taux drsquoabattement obtenue ne

deacutepasse pas la valeur de 32 Yameogo (2013) a remarqueacute eacutegalement que lrsquoutilisation du

H2O2 seul nrsquoa eu aucune influence sur la deacutegradation de lrsquoamarante par proceacutedeacute photo-fenton

et heacuteteacuterogegravene avec charbon actif la concentration nrsquoa pas varieacute tout au long du traitement

b) En preacutesence du Fer

Lrsquoefficaciteacute du traitement est donc tributaire de lrsquoexistence de deux entiteacutes H2O2 et Fe2+

En

effet Bach et al (2010) ont utiliseacute le Fe2+

pour traiter lrsquoeau industrielle ils ont trouveacute que le

fer a permis de mineacuteraliser 95 drsquoeacutethylegravene-glycol et 85 de pheacutenol dans une eau industrielle

par proceacutedeacute Fenton Marciel et al (2004) ont remarqueacute que lrsquoapport de sulfate ferreux a

ameacutelioreacute la reacuteduction du COT de 45 agrave 55 lors drsquoune eacutetude drsquooxydation drsquoune solution

pheacutenolique par le proceacutedeacute photo-fenton

Pour la suite Nous avons maintenu la mecircme variation des concentrations en H2O2 (de 1 agrave 6

mg L-1

) mais en additionnant le fer industriel (sulfate ferreux) avec une concentration de 134

mg L-1

pour deux solutions distinctes du BM de concentration 40 mg L-1

et 10 mg L-1

agrave

tempeacuterature ambiante et agrave un pH eacutegale agrave 3 Ceci revient qursquoen solution le rapport R =

varie de 075 15 25 5 (Figure 20)

Figure 17 Deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

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Quel que soit la concentration initiale en BM ou en H2O2 lrsquoaddition du fer a entraineacute

lrsquoapparition de la deacutegradation graduelle de la coloration

Plus la concentration en H2O2 est importante plus la vitesse de deacutegradation augmente

Tableau 10 Rendement de deacutegradation du BM en fonction de la variation de H2O2

[BM] mg L-1

10 40

Variation de H2O2 Rendement () Rendement ()

1 6730 5508

2 8522 7029

3 9769 9632

6 9954 9860

La figure 20 montre que taux de deacutecoloration en preacutesence du catalyseur devient plus

important avec lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 Il passe apregraves 60 min de

traitement de 6730 pour une concentration en H2O2 de 1 mg L-1

agrave 9954 pour celle de 6

mg L-1

Ceci est parfaitement preacutevisible puisque lrsquoexistence de lrsquoHydroxyde radicalaire principale

responsable de la deacutegradation est tributaire de la concentration initial en H2O2 (Eq2 sect 11)

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 11 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de BM en preacutesence de

la variation du H2O2

[BM] = 10 mg L-1

[BM] = 40 mg L-1

Ordre de la

reacuteaction k k

075 00036 00005 Ordre 2

15 00092 00007

25 0067 0065 Ordre 1

5 02879 0103

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Nous remarquons que lorsque la concentration en H2O2 augmente lrsquoordre partiel de la reacuteaction

change En effet pour des concentrations en H2O2 lt 3 mg L-1

la reacuteaction de deacutegradation est de

lrsquoordre 2 alors que pour des concentrations plus eacuteleveacutees elle est drsquoordre 1

Nadjette (2009) a montreacute que la deacutegradation du Meacutethyle Orange en preacutesence de dioxyde de

titane (TiO2) suit une cineacutetique drsquoordre 1 Redha (2011) a trouveacute eacutegalement lrsquoordre partiel de

la reacuteaction est eacutegal agrave 1 lors de son eacutetude sur le traitement du Rouge drsquoalizarine S et lrsquoOrange

G par proceacutedeacute drsquooxydation avanceacutee (POA)

Bennani et al (2010) ont eacutelimineacute le bleu de meacutethylegravene en solution aqueuse par lrsquoargile de Safi

(Maroc) Les reacutesultats ont montreacute que le pseudo-second ordre peut deacutecrire le comportement

cineacutetique de lrsquoadsorption du bleu de meacutethylegravene sur lrsquoargile brute et celle purifieacutee Des reacutesultats

similaires ont eacuteteacute observeacutes Gurses et al (2006) et Tsai et al (2007)

Les valeurs de kapp obtenus pour une solution de concentration initiale en BM de 10 mg L-1

sont supeacuterieures agrave celles obtenues pour la solution de 40 mg L-1

et ce lagrave quel que soit lrsquoordre

de la reacuteaction ou la concentration en H2O2 en solution Ces valeurs augmentent avec

lrsquoaugmentation de la concentration en H2O2 et passe de 36 10-3

agrave 02879 et de 05 10-3

agrave 0103

pour une les solutions en BM de 10 et 40 mg L-1

respectivement

5- Effet de la concentration en fer

Pour la suite nous eacutetudierons lrsquoeffet de la concentration en Fer sur lrsquoefficaciteacute du traitement

du BM pour deux solutions de concentration 10 et 40 mg L-1

en BM Les essais ont eacuteteacute

reacutealiseacutes en maintenant constante la concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

et en faisant varieacute la

concentration en Fe2+

de 02 agrave 134 mg L-1

correspondant agrave une variation du rapport R =

de 5 agrave 30

Figure 18 Effet de R = [H2O2] [Fe2+

] sur la deacutegradation du BM

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En absence de fer aucune baisse dans la concentration en BM nrsquoest observeacutee Pourtant degraves

lrsquoajout drsquoune faible concentration (02 mg L-1

) entraine une diminution progressive de la

couleur au cours du temps Il est eacutegalement observeacute que quel que soit la concentration initiale

en BM le temps de deacutegradation (td) du colorant est inversement proportionnel agrave la

concentration en Fe2+

en solution En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

td

passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 alors que pour une concentration

de 40 mg L-1

il passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig22)

Figure 19 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer industriel

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 12 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction du rapport R

[BM] = 10 mg L

-1 [BM] = 40 mg L

-1

kapp kapp

OR

DR

E

1

par

rapport

agrave B

M 30 00027 00125

15 00061 00321

10 0026 00496

5 02879 0103

Nous remarquons que lrsquoeffet de lrsquoaugmentation de la concentration en Fe2+

en solution sur la

cineacutetique de deacutegradation du BM est beaucoup plus important pour des faibles concentrations

(10 mg L-1

) que pour les fortes concentrations (40 mg L-1

) En effet pour une variation de R de

30 agrave 10 kapp eacutevolue de 27 10-4

min agrave 26 10-2

min soit un facteur 100 pour une concentration

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en BM de 10 mg L-1

alors qursquoelle eacutevolue de 00125 agrave 005 soit un facteur 4 pour une

concentration en BM de 40 mg L-1

Drsquoapregraves ces reacutesultats on peut conclure drsquoune faccedilon geacuteneacuterale que la preacutesence drsquoune forte

concentration du catalyseur favorise la formation des radicaux OHbull principaux responsable de

la deacutegradation du BM Pourtant il a eacuteteacute montreacute dans plusieurs eacutetudes (Brillas et al 2004

Diagne 2006 Oturan et al 1999) que le Fe2+

ajouteacute agrave forte dose entraine une perte du

rendement du proceacutedeacute puisque le Fe2+

en plus de son rocircle de catalyseur peut jouer un rocircle de

destructeur crsquoest-agrave-dire qursquoil piegravege les OHbull produits

Lrsquoeacutelimination des polluants reacutefractaires est donc tributaire de la preacutesence des ions meacutetallique

sauf qursquoil neacutecessite un apport important en Fe2+

ce qui entraine un coucirct (Bouafia 2010)

Crsquoest pour cette raison que nous avons opteacute pour lrsquoutilisation de la lateacuterite en faisant une

attaque acide afin drsquoextraire le fer pour traiter le BM

II- UTILISATION DE LATERITE

Les eacutechantillons de la lateacuterite choisie se preacutesentent tous sous forme de poudres de couleur

ocre Lrsquoapplication drsquoun proceacutedeacute qui neacutecessite des quantiteacutes preacutecis de fer est un peu difficile

pour un pays dont le taux drsquoalphabeacutetisation est seulement de 218 et un seuil de pauvreteacute

(PIB par habitant est eacutegal agrave 1500 $) En effet lrsquoajout drsquoune forte concentration du catalyseur

dans la solution agrave traiter peut diminuer lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute Fenton Lrsquoanalyse DRX a

montreacute que la lateacuterite existante au Burkina-Faso est riche en fer En effet pour la reacutegion de

Dano le pourcentage en fer atteint 44 en masse alors que pour Koubri il est de 31

La premiegravere question auquel on srsquoeacutetait poseacute est si le fer eacutetait facilement ex tractable ou bien il

neacutecessite une mineacuteralisation preacutealable

1- Effet des lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

La figure ci-dessous montre lrsquoallure de lrsquoeffet de lit de lateacuterite de Dano drsquoune part et celui de

Koubri drsquoautre avec ajustement de pH dans une solution du BM de concentration 40 mg L-1

en maintenant ma concentration en H2O2 agrave 6 mg L-1

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Figure 20 Deacutegradation du BM par les lits de lateacuterites (Dano et Koubri)

Nous observons que la solution du BM en contact avec le lit de Dano se deacutegrade plus vite que

celle en contact avec le lit de lateacuterite de Koubri Cela est ducirc au fait que la lateacuterite de Dano

libegravere plus facilement sa phase ferrique par rapport agrave celle de Koubri

2- Effet de lrsquoacide sur la lateacuterite (Dano et Koubri)

Dans ce cadre nous avons compareacute lrsquoeffet drsquoun lit de lateacuterite (ajustement du pH) et une lateacuterite

attaqueacutee avec du H2SO4 sur une solution du BM agrave 40 mg L-1

La concentration en H2O2 eacutetant

maintenue agrave 6 mg L-1

(figure 24)

Figure 21 Comparaison de deacutegradation du BM par un lit de lateacuterite et une attaque acide de la

lateacuterite de Dano et Koubri

La figure 24 montre que la quantiteacute de colorant deacutegradeacutee deacutecroit plus rapidement dans le cas

de lrsquoattaque acide Ce comportement est ducirc qursquoelle libegravere plus de Fe2+

en solution Le Fe2+

en

contact avec le H2O2 forme les radicaux hydroxyles (OHbull) pour le traitement des polluants

organiques par le proceacutedeacute Fenton

Tableau 13 Rendement de deacutegradation du BM par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

[BM] mg

L-1

Dano Koubri

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Lit de

lateacuterite

Lateacuterite

attaqueacutee

agrave acide

Rendement

()

4394 9991 364 9685

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Le taux drsquoabattement du BM par lrsquoattaque acide sur la lateacuterite de Dano est de 9991 apregraves

un temps de manipulation de 5 heures alors que celui du lit de lateacuterite (ajustement du pH) est

de 4394 pour le mecircme intervalle de temps

Cette diffeacuterence de rendement entre les lits de deux lateacuterites (Dano 4394 et Koubri

364) est due que la lateacuterite de Dano libegravere plus facilement sa phase ferrique que celle de

Koubri Etant donneacute que les phases ferriques sont les mecircmes pour les deux lateacuterites on

pourrait conclure que la diffeacuterence provient aussi du fait que la lateacuterite de Dano est beaucoup

plus riche en fer Ce qui facilite son extraction et que pour Koubri la phase Anastase en TiO2

pourrait gecircner son extraction

3- Effet de trois types drsquoacides sur la deacutegradation du BM (lateacuterite de Dano et

Koubri)

Nous avons compareacute lrsquoefficaciteacute de 3 acides (sulfurique laquoH2SO4raquo chlorhydrique laquoHCl raquo et

nitrique laquoHNO3raquo) pour lrsquoextraction du fer des lateacuterites La concentration de la solution du

BM utiliseacutee est de 40 mg L-1

la concentration en H2O2 est toujours maintenue agrave 6 mg L-1

Figure 22 Deacutegradation du BM par diffeacuterentes attaques acides des lateacuterites Dano et Koubri

La figure 25 montre que la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est la plus efficace pour la

deacutecoloration de la solution En effet Pour la lateacuterite de Dano le td est de 40 mn pour le H2SO4

et drsquoune heure (1h) et 1h30 pour le HNO3 et le HCl respectivement Pour celle de Koubri le

td de la lateacuterite attaqueacutee par le H2SO4 est drsquoune heure (1h) tandis que pour des deux autres

acides HCl et HNO3 les td sont respectivement de deux (2h) et quatre heure (4h)

Tableau 14 Tableau de comparaison des rendements de deacutegradation du BM par attaques

acides de lateacuterites de Dano et Koubri

[BM] mg L-1

Dano Koubri

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Lateacuterite

attaqueacutee

par H2SO4

Lateacuterite

attaqueacutee

par HNO3

Lateacuterite

attaqueacutee

par HCl

Rendement () 9991 9890 9797 9685 9593 9223

Deacutegradation des effluents textiles (cas drsquoun colorant syntheacutetique le bleu de

meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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On peut deacuteduire que lrsquoefficaciteacute de lrsquoattaque acide par le H2SO4 utiliseacute pour extraire le fer de

la lateacuterite est due au caractegravere diacide (H2SO4)

4- Etude cineacutetique de deacutecoloration par lrsquoattaque acide (Dano et Koubri)

La deacutetermination de la constante de vitesse apparente du BM est faite agrave partir de la pente de

la courbe Ln (

= f(t) (fig26)

Figure 23 Constante cineacutetique de pseudo-premier ordre de deacutegradation du BM en utilisant le

fer extrait de la lateacuterite

Lrsquoeacutetude cineacutetique de ces diffeacuterents essais et la deacutetermination de la constante de vitesse

apparente sont reacutesumeacutees dans le tableau suivant

Tableau 15 Evolution de la constante de vitesse apparente de la reacuteaction de deacutegradation du BM

en fonction des attaques acides (Dano et Koubri)

Attaque acide Dano Koubri

kapp

OR

DR

E 1 par

rapport

agrave B

M

HCl 00127 00094

HNO3 00131 00096

H2SO4 00142 00194

Nous remarquons que lrsquoutilisation de la lateacuterite de Dano ne change pas lrsquoordre apparent de la

vitesse de deacutegradation qui reste eacutegale 1 La valeur de kapp varie de 127 10-2

min-1

pour HCl et

142 10-2

min pour H2SO4 ce qui confirme bien le reacutesultat obtenu pour la figure 19

Pour la lateacuterite de Koubri la valeur de kapp varie de 910-3

min-1

pour HCl et 194 10-2

min-1

pour H2SO4

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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5- Etude comparative entre le traitement du BM en utilisant le rapport R et le fer

de la lateacuterite (Dano et Koubri)

Sur la figure 27 nous avons superposeacute les reacutesultats obtenus pour la deacutegradation drsquoune solution

de 40 mg L-1

du BM en preacutesence de 6 mg L-1

de H2O2 avec lrsquoajout de Fer extrait de la lateacuterite

de Dano et Koubri drsquoune part et le fer industriel drsquoautre part

Figure 24 Comparaison entre le traitement du BM en utilisant les attaques acides et le fer

industriel

Il est montreacute que le taux de deacutegradation obtenu est perceptiblement le mecircme seule reste un

handicap le temps de traitement 20 min pour le fer industriel 40 min pour le fer extrait de la

lateacuterite de Dano et 1h pour celui de Koubri

Le traitement par la lateacuterite de Dano est efficace et preacutesente donc un avantage certains

puisqursquoil permet de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du BM par rapport agrave celui par la lateacuterite de

Koubri qui deacutegrade seulement que 9796

Beaucoup drsquoeacutetudes ont eacuteteacute faites sur lrsquoeacutelimination du bleu de meacutethylegravene En utilisant le

charbon actif commercial CECA40 de granulomeacutetrie infeacuterieure agrave 125 μm Houas et al (1999)

ont eacutelimineacute 93 du BM dans lrsquoeau pour un temps de contact de 5heures Kumar and

Tamilarasan (2013) ont utiliseacute 01g de charbon actif agrave base des graines drsquoacacia pour eacuteliminer

9312 de BM Bennani et al (2010) ont eacutetudieacute lrsquoadsorption BM sur lrsquoargile brute et

purifieacutee Ils ont montreacute que le processus drsquoadsorption est tregraves rapide et que 95 de la quantiteacute

adsorbeacutee est atteinte pendant les dix premiegraveres minutes Talidi (2006) a utiliseacute la pyrophyllite

(argile) il a montreacute que lrsquoadsorption du BM est de lrsquoordre de 7845 6658 et 5471

respectivement pour les concentrations initiales de 75 225 et 374ppm Sassi and Bennour

(2011) ont utiliseacute le traitement biologique par Biosorption du BM par Pseudomonas

Aeruginosa isoleacute agrave partir drsquoune boue de laiterie a montreacute un taux drsquoeacutelimination du BM variant

de 45 agrave 55 aux valeurs de pH = 7 et 8

Nous pouvons dire que le traitement par la lateacuterite a permis de deacutegrader jusqursquoagrave 9991 du

BM par rapport aux eacutetudes faites en utilisant drsquoautres mateacuteriaux et que la lateacuterite recouvre

000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 100 200 300

[BM

] mg

Lˉˡ

temps de traitement (mn)

Attaque acide

(Dano)

Attaque acide

(Koubri)

Fer industriel

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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33 du continent mondial ce qui pourrait rendre son utilisation moins chegravere par rapport aux

autres traitements (Fer industriel Charbon actifhellip) puis qursquoon nrsquoa pas fait une eacutetude

eacuteconomique pour voir son cout

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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CONCLUSION

Ce travail qui a porteacute sur la deacutegradation du colorant Bleu de meacutethylegravene (BM) par proceacutedeacute

Fenton en comparant les performances obtenues entre lrsquoutilisation du fer industriel (Fenton

classique) et le fer extrait de la lateacuterite ont montreacute que

Pour lrsquoutilisation du fer industriel la deacutegradation du BM est obtenue agrave une valeur de 3 pour

une variation du rapport des concentrations R de 15 agrave 5 et que lrsquoutilisation du peroxyde (H2O2)

seul ne peut pas deacutegrader le BM car son pouvoir oxydant nrsquoest pas assez suffisant pour

pouvoir deacutegrader le colorant Lrsquoefficaciteacute du proceacutedeacute est donc intimement lieacutee agrave lrsquoexistence de

deux reacuteactifs En effet pour une concentration en BM de 10 mg L-1

le temps de deacutecoloration

(td) passe de 14 min agrave 6 min lorsque le rapport R passe de 15 agrave 5 et pour celle de 40 mg L-1

il

passe de 30 min agrave 12 min pour la mecircme variation de R Le traitement du BM par proceacutedeacute

fenton est donc tributaire de lrsquoutilisation de Fe2+

Afin de minimiser le coucirct du traitement et surtout voir lrsquoefficaciteacute du traitement en utilisant la

lateacuterite nous avons essayeacute de remplacer le fer industriel par le fer extrait de la lateacuterite

provenant de deux reacutegions du Burkina-Faso Dano et Koubri

Les reacutesultats obtenus par lrsquoutilisation du fer de la lateacuterite sont inteacuteressants pour des eacutetudes sur

drsquoautres colorants En effet le lit de lateacuterite avec ajustement du pH a permis une deacutegradation du

colorant de 44 pour un temps de traitement de 5h tandis que le traitement par lrsquoattaque acide

lui a deacutegradeacute le BM de pregraves que 100 En effet les taux drsquoabattements pour lrsquoattaque acide de

la lateacuterite de Dano et de Koubri sont respectivement de 99 au bout de 40 min et de 97 pour

une manipulation drsquoenviron 1 h

Cette eacutetude sur la deacutegradation du BM par le proceacutedeacute fenton en utilisation le fer de la lateacuterite

nous a permis de montrer qursquoil est possible de simplifier de point de vue utilisation et coucirct le

proceacutedeacute Fenton pour les colorants syntheacutetiques drsquoeffluents industriel

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meacutethylegravene) par proceacutedeacute Fenton en utilisant la lateacuterite

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PERSPECTIVES

En perspectives il serait inteacuteressant

De faire une eacutetude approfondi pour voir le cout du traitement du proceacutedeacute Fenton en

utilisant la lateacuterite

Essayer de traiter drsquoautres familles de colorants en utilisant la lateacuterite attaqueacutee par

lrsquoacide pour voir lrsquoefficaciteacute du systegraveme

Appliquer le traitement sur des effluents textiles reacuteels

Imaginer un systegraveme de traitement agrave grand eacutechelle

Essayer le traitement sur drsquoautres polluants reacutecalcitrant PCB pheacutenol pesticides

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