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Analyse et dosage de composés tensioactifs dans les eaux de rejets et marines N

Analyse et dosage de composés tensioactifs dans les eaux de rejets et marines N° d’ordre : 09/2021-D/CH REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE HOUARI BOUMEDIENE FACULTE DE CHIMIE Thèse de Doctorat en Sciences Présentée pour l’obtention du grade de Docteur EN : CHIMIE Spécialité : Chimie Organique Appliquée Présentée Par : FERRADJ Abdelhak Thème : Soutenue publiquement, le 01/06/2021, devant le Jury composé de : M Y. FOUDIL CHERIF Professeur à USTHB Président M M. IDOUHAR Professeur à USTHB Directeur de thèse Mme O. FERROUKHI Professeur à USTHB Examinatrice Mme N. SALHI Professeur à U. Blida Examinatrice Mme A. ASSELAH Maître de conférences (A) à UMBB Examinatrice Remerciements Les travaux présentés dans cette thèse de Doctorat en Sciences ont été réalisés au laboratoire de chimie Organique Appliquée (LCOA) de la faculté de chimie, université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene (USTHB), Tout d'abord, je remercie gracieusement mon directeur de thèse, le Professeur Madjid IDOUHAR, pour l’opportunité, la liberté et la totale confiance qu’il m’a accordée durant ces années de recherche. Je le remercie pour sa patience, sa compréhension, sa grande disponibilité et son aide indispensable qui ont rendu ce travail de thèse très enrichissant sur le plan scientifique. Toute ma gratitude et mes remerciements à Madame Amel TAZEROUTI, Professeur à l’’université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene (USTHB), ex-directrice du laboratoire de chimie Organique Appliquée (LCOA) de m’avoir accueilli dans son laboratoire. Je tiens à remercier très sincèrement Monsieur Yazid FOUDIL CHERIF, Professeur à l’USTHB, pour l’honneur qu’il me fait en acceptant de présider ce jury. Je remercie vivement Madame Ouassila FERROUKHI, Professeur à l’USTHB, d’avoir accepté de participer à mon Jury de thèse. Mes plus vifs remerciements à Madame Nassima SALHI, Professeur à l’université de Blida, pour avoir accepté de siéger au jury de cette thèse. Je tiens à exprimer mes sincères remerciements à Madame Amel ASSELAH, Maître de Conférences A à l’UMBB, pour l’honneur que vous m'avez fait en acceptant de juger ce travail. Je remercie vivement les responsables des station d’épuration des eaux usées de BENI MESSOUS et de BARAKI pour leurs aides précieuses, aussi de nous avoir permis de réaliser une campagne d’échantillonnage au sein des deux stations d’épuration des eaux usées. Je tiens à remercier très sincèrement Monsieur le directeur de l’unité de production SWALIS, de nous avoir accueilli au sein de l’entreprise et de nous avoir permis de faire une campagne d’échantillonnage des eaux de rejets de l’unité. Un grand merci à tous les membres de laboratoire et de la faculté de Chimie pour leurs accompagnements et leurs aides. Mes remerciements les plus chaleureux s’adressent à ma famille, je pense très fort à vous tous en écrivant ces mots et en particulier à mes parents. J’espère pourvoir un jour vous rendre un peu de tout ce que vous m’avez apporté. Merci de m’avoir toujours laissé libre dans mes choix et de m’avoir soutenu jusqu’au bout, c’est en grande partie grâce à vous que je suis arrivé là. Votre courage sera toujours un exemple pour moi. Enfin, grande dédicace va pour ma petite famille, pour mes enfants ILYES- SAMI, MIRAL et à NADIA ma femme, sans qui ce travail n’aurait pas vu le jour pour tous ces encouragements et sa présence à mes cotés. Table des matières Introduction générale………………………………………………………………………...1 Références……………………………………………………………………………………...3 Partie I : Etude bibliographique I I.1 I.2 I.2.1 I.2.2 I.2.3 I.2.4 I.2.5 I.3 I.4 I.4.1 I.4.2 I.4.2 I.5 I.5.1 I.5.2 I.5.3 I.5.4 I.5.5 I.5.6 I.6 I.6.1 I.6.2 I.6.3 I.7 I.8 I.8.1 I.8.2 Les composés tensioactifs Définition………………………………………………………………………….. Classification des tensioactifs……………………………………………………. Les tensioactifs anioniques (TAA)………………………………………………. Les tensioactifs cationiques (TAC)……………………………………………….. Les tensioactifs non ioniques……………………………………………………… Les tensioactifs amphotères……………………………………………………….. Les tensioactifs naturels…………………………………………………………… Adsorption aux interfaces…………………………………………………………. Propriétés physico-chimiques des tensioactifs……………………………………. Tension superficielle………………………………………………………………. Concentration micellaire critique (CMC) et formation de micelles………………. Balance hydrophile – lipophile……………………………………………………. Différents pouvoirs des tensioactifs……………………………………………….. Pouvoir moussant…………………………………………………………………. Pouvoir émulsifiant……………………………………………………………….. Pouvoir détergent………………………………………………………………….. Pouvoir dispersant………………………………………………………………… Pouvoir solubilisant……………………………………………………………….. Pouvoir mouillant…………………………………………………………………. Application des tensioactifs……………………………………………………….. Production de tensioactifs…………………………………………………………. Consommation des tensioactifs …………………………………………………. Domaine d’application ……………………………………………………………. Ecotoxicologie des tensioactifs……………………………………………………. Impact des tensioactifs sur l’environnement……………………………………… Formation de mousse……………………………………………………………… Effets des tensioactifs sur les stations d’épuration……………………………… 4 5 6 7 8 9 10 11 11 11 12 13 13 14 14 14 14 15 15 15 15 16 17 18 18 19 19 I.9 II II II.1 II.1.1 II.1.2 II.1.3 II.2 II.3 II.4 II.5 II.6 II.6.1 II.6.2 II.6.3 III III III.1 III.2 III.3 III.4 III.5 III.5.1 III.5.2 III.5.3 Biodégradation des tensioactifs…………………………………………………… Références…………………………………………………………………………. Analyse et dosage de composés tensioactifs anioniques Analyse et dosage de composés tensioactifs anioniques………………………… . Techniques Spectrophotométriques……………………………………………….. Spectrophotométrie UV-Visible…………………………………………………... Colorants organiques utilisés pour l’extraction et le dosage des TAA……………. Automatisation et extraction sans solvant………………………………………… Dosage par Spectrofluorimétrie…………………………………………………… Dosage par Spectrométrie d’Absorption Atomique………………………………. Titration à deux phases …………………………………………………………… Dosages potentiométriques………………………………………………………... Techniques Chromatographiques…………………………………………………. Chromatographie en phase gazeuse (CPG) ……………………………… Chromatographie Liquide à Haute Performance (HPLC) ………………………... Electrophorèse capillaire (EC) …………………………………………………… Références…………………………………………………………………………. Analyse et dosage de composés tensioactifs cationiques Analyse et dosage de composés tensioactifs cationiques…………………………. Méthodes Spectrophotométriques………………………………………………… Dosage par Spectrofluorimétrie…………………………………………………… Dosage par Titration à deux phases……………………………………………….. Dosages potentiométriques……………………………………………………….. Techniques chromatographiques………………………………………………….. Chromatographie en phase gazeuse……………………………………………….. Chromatographie Liquide à haute Performance…………………………………... Electrophorèse capillaire………………………………………………………….. Références…………………………………………………………………………. 20 21 25 26 26 26 27 29 30 30 31 32 32 32 33 36 42 43 44 45 45 46 46 46 48 49 Partie II : Dosage de composés tensioactifs anioniques I II II.1 II.2 II.2.1 II.2.2 II.3 III III.1 III.2 III.3 III.4 III.4.1 III.4.2 III.4.3 III.4.4 III.4.5 III.4.6 IV IV.1 IV.1.1 IV.1.2 IV.1.3 IV.1.4 IV.1.5 IV.1.6 IV.1.6.1 IV.1.6.2 IV.1.6.3 IV.1.6.4 IV.2 IV.2.1 Introduction………………………………………………………………………... Partie expérimentales……………………………………………………………... Principe du dosage des TAA……………………………………………………... Appareillage et Réactifs………………………………………………………….. Matériels………………………………………………………………………….. Réactifs…………………………………………………………………………… Procédure d’extraction et de dosage……………………………………………… Résultats et discussions…………………………………………………………… Colorant organique cationique…………………………………………………… Tensioactif anionique de référence……………………………………………….. Extraction de la paire d’ions……………………………………………………… Optimisation des facteurs d’extraction et de dosage……………………………... Effet du volume de solvant et du temps d’extraction…………………………….. Effet du pH sur l’extraction……………………………………………………… Courbe d’étalonnage…………………………………………………………….. Calculs de précision……………………………………………………………… Limite de détection………………………………………………………………. Les interférences………………………………………………………………….. Application : Dosage des teneurs en TAA dans les eaux usées…………………... Dosage des TAA dans la station d’épuration de Beni Messous………………….. Description du lieu d’échantillonnage……………………………………………. Principe de fonctionnement de la station d’épuration……………………………. Normes Algériennes de rejet des effluents liquides……………………………... Échantillonnage et traitement des échantillons…………………………………… Extraction et dosage………………………………………………………………. Étude de la variation des concentrations en TAA………………………………… Variation de la teneur en TAA en fonction du jour de prélèvement……………… Variation de la teneur en TAA en fonction de l’horaire de prélèvement………… Variation de la teneur en TAA en fonction du point de prélèvement…………….. Variation de la teneur moyenne en TAA en fonction du jour de prélèvement…… Dosage des TAA dans l’Oued El Harrach………………………………………. Description du lieu d’échantillonnage……………………………………………. 53 54 54 54 54 55 56 57 57 57 58 59 59 60 60 62 62 63 66 67 67 68 68 69 70 70 70 72 74 75 76 76 IV.2.2 IV.2.3 V Échantillonnage et traitement des échantillons…………………………………… Résultats des dosages…………………………………………………………….. Conclusion………………………………………………………………………… Références…………………………………………………………………………. 78 78 81 82 Partie III : Dosage de composés tensioactifs cationiques I II II.1 II.2 II.2.1 II.2.2 II.3 III III.1 III.2 III.3 III.4 III.4.1 III.4.2 III.4.3 III.5 III.5.1 III.5.2 III.5.3 III.6 III.7 III.7.1 III.7.2 IV IV.1 Introduction………………………………………………………………………... Partie expérimentale……………………………………………………………….. Principe du dosage des composes tensioactifs cationiques pour l’extraction sans solvant …………………………………………………………………………….. Appareillage et Réactifs…………………………………………………………… Matériels…………………………………………………………………………… Réactifs…………………………………………………………………………… Procédure d’extraction et de dosage……………………………………………… Résultats et discussions……………………………………………………………. Colorant organique anionique……………………………………………………... Extraction de tensioactifs cationique par l’ERT…………………………………… Etude de la variation de la tension superficielle de l’association ([TAC][ERT]) en fonction de la concentration de TAC……………………………………………… Optimisation des facteurs de dosage………………………………………………. Extraction de la paire d’ion en fonction du pH de tampon……………………… Extraction de la paire d’ion en fonction de la concentration de l’ERT…………… Extraction de la paire d’ions en fonction du temps d’agitation…………………… Analyse statistique des résultats expérimentaux…………………………………... Effet du pH………………………………………………………………………… Effet de la concentration du TAC…………………………………………………. Effet de la concentration de l’ERT………………………………………………… Modélisation et évaluation des effets des paramètres……………………………... Courbe d’étalonnage……………………………………………………………….. Calculs de précision………………………………………………………………... Limite de détection………………………………………………………………… Application : Dosage des teneurs en TAC dans les eaux usées…………………… Description du lieu d’échantillonnage………………………………....................... 85 86 86 86 86 86 88 88 88 89 89 91 91 92 92 93 94 94 94 94 97 98 98 99 100 IV.2 IV.3 IV.3.1 IV.3.2 V Echantillonnage………………………………...………………………………...... Extraction et de dosage………………………………...…………………………... Dosage des TAC sans solvant………………………………................................... Dosage de TAC par titration à deux phases……………………………….............. Conclusion………………………………...………………………………............ Références…………………………………...……………………………….......... 100 100 100 102 103 105 Conclusion générale…………………………………..………………………………………...107 Liste des figures Chapitre 1 Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure 7 Figure 8 Figure 9 Figure 10 Figure 11 Schéma d'une molécule tensioactif…………………………………… Exemples de tensioactifs anioniques………………………………….. Exemples de tensioactifs cationiques…………………………………... Exemples de tensioactifs non ioniques…………………………………. Exemples de tensioactifs amphotères…………………………………... Exemple de tensioactifs naturels……………………………………….. Comportement des molécules tensioactives dans l’eau en fonction de leur concentration………………………………………………………. Différents types de micelles……………………………………………. Production annuelle des différentes classes de tensioactifs (EU)……... Application des tensioactifs selon la classe ( 2018) ………………….. Domaine d'application des tensioactifs (2018) ……………………….. 5 7 8 9 10 10 12 13 16 17 17 Chapitre 2 Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure uploads/Finance/ th9847-pdf.pdf