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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur Et de La Recherche Scientifique Université Mohamed Seddik BenyahiaــJijel Faculté des Sciences et de la Technologies Département de Génie des Procèdes Mémoire de fin d’études En vue de l’obtention du diplôme : Master Filière : Sciences et Génie de l’Environnement Option : Génie des Procèdes de l’Environnement Thème Réalisé par : DELLACHE Karima BOUDJEDJOU Madjida Membres de Jury: Président : Pr.ZAZOUA Ali Examinateur :Dr.KRIKA Fouad Encadreur: Dr .KAZANE imen Promotion juillet 2019 Utilisation des argiles dans la l’élimination des métaux lourds(Plomb) REMERCIEMENT Nous tenons tout d’abord à remercier le DIEU, qui nous a donné la santé, la volonté, et la patience pour mener à terme nos études et pouvoir réaliser ce travail de recherche. Nos remerciements les plus sincères vont aux personnes qui nous ont apporté leur aide et qui ont contribué à l’élaboration de ce mémoire. Nous tenons aussi à remercier les membres de jury pour leur attention et intérêts portes envers notre travail. Merci de nous avoir honorés de votre présence. Sans oublier de remercier le chef du département et tous les enseignants de Génie des Procèdes de l’Environnement de la faculté des sciences et de la Technologies. Nous remercions tous les ingénieurs du laboratoire de pédagogie du département de Génie des Procèdes pour leur aide. Enfin, nous adressons nos sincères sentiments de gratitude et de reconnaissance à toutes les personnes qui ont participé de près ou de loin à la réalisation de ce travail. Dédicace Je dédie ce travail à toute personne qui a contribué de prés ou de loin au succès de mon parcours d’études A mes chers parents, A ma sœur Amel, A mon petit frère Moad, A mon frère Walid et sa femme Imen, A mon frère Mohamed et sa femme Souad, A mes trois neveux : Ghaith, Adem et Djassem, A mon fiancé MOHAMED et ma belle famille, Et à tous mes collègues et mes amies. Madjida Dédicace De mes profondes sensations de sagesse et sincérité je dédie ce travail À ma mère la plus belle créature que Dieu a créée sur terre,qui a œuvré pour ma réussite, de par son amour, son soutien , pour toute son assistance dans ma vie A mon très cher Père Azzedine Aucun dédicace ne saurait exprimer l’amour, l’estime, le respect que j’ai toujours pour vous. Rien au monde ne vaut les efforts fournis jour et nuit pour mon éducation et mon bien être. A celui que j’aime beaucoup et qui m’a soutenue tout au long de ce projet : mon mari YACINE. Mes frère Naamane et Ismail Mes sœurs imane, Asma, Nessrine , Dounia . Mes petits (es) nièce : HibatRahman, Sami, Zineb, Lina Jawad, Ayat Rahman. A tout la famille DELLACHE et BOUCHAMA Je remercie profondément tous les membres de ma promotion Dellache karima Liste des figures Chapitre I Figure I.1 : Eléments structuraux : les tétraèdres……………………………………….. 6 Figure I.2 : Eléments structuraux : les octaèdres. …………………………………….. 6 Figure I.3 : représentation schématique de la couche interfoliaire dans le cas des cations interfoliaire hydratés…………………………………………………………….. 7 Figure I.4 : La kaolinite…………………………………………………………............ 8 Figure I.5 : Modèle structural de kaolinite …………………………………………….. 8 Figure I.6: Représentation schématique de la structure d’une semectite …………….. 9 Figure I.7: La bentonite de Maghnia…………………………………………………… 12 Figure. I.8 : La structure de la bentonite……………………………………………….. 13 Figure I.9 : Le phénomène d’adsorption……………………………………………….. 22 Figure I.10 : Domaines d’existence d’un soluté lors de l’adsorption sur un matériau microporeux……………………………………………………………………………… 25 Figure I.11. : Classification des isothermes d’adsorption ……………………………… 27 Chapitre II Figure II.1 : Analyse par Spectroscopie FTIR de la bentonite…………………………. 32 Figure II.2 : Images MEB de l’échantillon…………………………………………….. 33 Figure II.3 : capacité d’adsorption du plomb sur la bentonite en fonction de temps.….…………………………………………………………………………………. 37 Figure II.4 : Effet du pH sur l’adsorption……………………………………….…….. 38 Figure II.5 : Effet de la concentration initiale………………………………...………… 38 Figure II.6: Effet de la masse de la bentonite sur l’adsorption……………..………….. 39 Figure II.7 : cinétique du pseudo premier ordre…………………………………..……. 40 Figure II.8 : cinétique du pseudo second ordre…………………………...…………….. 40 Figure II.9 : Isotherme de l’adsorption du plomb……………………………………..... 41 Figure II.10 : Application du modèle de Langmuir…………………………………….. 42 Figure II.11 : Application du modèle de Freundlich……………………………………. 43 Liste des tableaux Chapitre I Tableau I.1 : Classification des minéraux argileux selon la proportion et la composition des couches T et O…………………………………………………………. 10 Tableau I.2 : Surface spécifique de quelques minéraux argileux…………….………… 11 Tableau I.3 : présenter les Caractéristiques des argiles……………………………..… 11 Tableau I.4 : Le tableau périodique……………………………………...………..…… 18 Tableau I.5 : Les principales caractéristiques physico-chimiques du plomb………….. 21 Tableau I.6 : Différence entre adsorption chimique et adsorption physique…………… 24 Chapitre II Tableau II.1 : la composition chimique de la bentonite…………..……………...…… 33 Tableau II.2 : Les conditions opératoires en spectrophotométrie d’absorption atomique à flamme de plomb…………………………………………………………… 35 Tableau II.3 : paramètres caractérisant la cinétique d’adsorption……………………… 40 Tableau II.4 : les constantes du modèle de Langmuir pour l’adsorption du plomb………………………………………………………………………..………...…. 42 Tableau II.5 : les constantes du modèle de Freundlich pour l’adsorption du plomb………………………………………………………………………………….….. 43 Sommaire Liste des abréviations Liste des figures Liste des tableaux Introduction...……………………………………………………......................................... 1 CHAPITRE I : Synthèse bibliographique I.1 Introduction…................................................................................................................... 3 I.2.Définition des argiles…………………..………………….……………………............. 3 I.3. Origine des argiles………………………………………….………………………....... 4 I.3.1 Héritage et altération……………………………………………………...........…....... 4 I.3.2 Néoformation en milieu confine……………………………………………………… 4 I.3.3 Transformation des minéraux argileux……………………………………...….…...... 4 I.4 Structure des minéraux argileux……………………………………………………....... 4 I.4.1 Minéralogie et cristallochimie des argiles……………………………………………. 4 I.4.1.a La couche tétraédrique……………………………………………………………… 5 I.4.1.b La couche octaédrique……………………………………………….…................... 6 I.5 Classification des minéraux argileux…………………………………….…….............. 7 I.6 Propriétés des argiles……………………………………………………….................. 10 I.6.1. La capacité d’échange cationique……………………………………………………. 10 I.6.2. La surface spécifique………………………………………………………………… 10 I.6.3. La densité de charge spécifique……………………………………………………… 11 I.7. La bentonite……………………………………………………………………………. 12 I.7.1 Origine de la bentonite……………………………………………………….............. 12 I.7.2 Définition de la bentonite…………………………………………………….............. 12 I.7.3 Structure de la bentonite……………………………………………………….……… 13 I.7.4 Caractères cristallographiques de la montmorillonite……………………................... 13 I.7.5 Propriétés de la bentonite………………………………………………………….…. 14 I.7.6 Types de bentonites……………………………………………………………….…... 14 I.7.6.a Bentonites naturelles………………………………………………………….…...... 14 I.7.6.b Bentonites activées…………………………………………………………………. 15 II Les métaux lourds……………………………………………………………….............. 16 II.1 Pollution des eaux……………………………………………………..……………….. 16 Sommaire II.1.1. Pollution naturelle……………………………………………………..…………….. 16 II.1.2. Pollution industrielle……………………………………………………………….... 17 II.2 Définition des métaux lourds………………………………………............................... 17 II.3 La toxicité des métaux lourds…………………………………………………………. 18 II.4 Contamination par les métaux lourds………………………………………….............. 18 II.4.1 Contamination des sols………………………………………………………………. 18 II.4.2 Contamination de l'air……………………………………………………….............. 19 II.4.3 Contamination de l’eau…………………………………………………..………...... 19 II.5 Effet des métaux lourds sur la santé et l'environnement………………….…………… 19 II.5.1 Effet sur la santé…………………………………………………………….……….. 19 II.5.2 Effet sur l’environnement………………………………………………………….… 19 II.6 Caractéristiques générales des métaux lourds…………………………………………. 19 II.6.1 Le plomb……………………………………………………………………..…….… 19 II.6.1.a. Caractéristiques physico-chimiques du plomb……………………………............. 20 II.6.1.b. Toxicité du plomb…………………………………………………………….…… 21 III. Adsorption. ...................................................................................................................... 22 III.1Définition………………………………………………………………………………. 22 III.2 Types d’adsorption………………………………………………………..................... 23 III.2.1 Adsorption chimique…………………….………………………………………….. 23 III.2.2 Adsorption physique………………………………………………………………… 23 III.3 Mécanisme d’adsorption…………………………………...…………………………. 24 III.4 Cinétique d’adsorption……………………………………………………………….. 25 III.4.1 capacité d’adsorption……………………………………………………………….. 26 III.4.2 Modèles cinétiques d’adsorption…………………………………………………... 26 Modèle du pseudo –premier ordre…………………………………………………… 26 Modèle du pseudo –second ordre……………………………………………………. 27 III.5 Les types des isothermes d’adsorptions …………………………………………....... 27 III.6 La Modélisation des isothermes d’adsorption………………………………………… 28 III.7 Facteurs influençant l’équilibre…………………….…………………………………. 29 Références Bibliographiques CHAPITRE ІІ : Partie expérimentale Introduction………………………………………………………………………………… 31 II.1 Nature et origine de l'échantillon………………………………………………………. 31 Sommaire II.2 Techniques de caractérisation…………………………………………………………. 31 II.2.1 Spectroscopie infrarouge à Transformée de Fourier………………………………… 31 II.2.2 Microscopie électronique à balayage………………………………………………... 32 II.3 Composition chimique………………………………………………………….……. 33 II.4 Les méthodes de dosage des métaux lourds…………………………………………... 34 II.4.1 Principe de la spectrophotométrie d’absorption atomique à flamme………………… 34 II.4.2 Les conditions opératoires en SAA à flamme……………………………………..... 35 II.4.3 Etalonnage……………………………………………………………………………. 35 II.4.4. Mise au point de l’appareil………………………………………………………….. 35 II.5 Adsorption du plomb sur la bentonite……………………………………………..…… 36 II.5.1 Etude de l’effet du temps de contact…….………………………..…………………. 36 II.5.2 Etude de l’effet du pH……………………………………..……………………….... 36 II.5.3 Etude de l’effet de la concentration du plomb………………………………………. 36 II.5.4 Etude de l’effet de la masse de la bentonite………………………………………….. 36 II.6 Résultats et discussions...……………………………………………………………… 37 II.6.1 l’influence de temps de contact……………………………………………………… 37 II.6.2 Influence du pH de la solution………………………………………………………. 37 II.6.3 Influence de la concentration du plomb……………………………………………... 38 II.6.4 Influence de la quantité de la bentonite……………………………………………... 39 II.6.5 L’ordre de la réaction……………………………………………………………….. 40 l’ordre du pseudo premier ordre…………………………………………………… 40 l’ordre du pseudo second ordre……………………………………………………. 40 II.6.6 L’isotherme d’adsorption…………………………………………………………… 40 II.6.7 Modalisation d’équilibre ……………………………………………………….…… 41 Modèle de Langmuir………………………………………………………….….... 41 Modèle de Freundlich……………………………………………………………... 42 Conclusion………………………………………………………………………………….. 43 Conclusion générale………………………………………………………………………... 45 Liste des abréviations A° : Angstrom C0 : Concentration initiale du soluté (mg/l) Ce : Concentration à l’équilibre du soluté en phase liquide (mg/l) V : Volume de la solution m : Masse de l’adsorbant qe : Capacité d'adsorption à l'équilibre MMT : Montmorillonite. T : Tétraèdre O : Octaèdre. Pb : plomb t : Temps (min). FTIR : Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier. XRF : Fluorescence X MEB : microscope électronique à balayage CEC : Capacité d’échange cationique (meq/100g) A : Absorbance ; I0 : intensité initiale ; I : intensité finale ; ε: coefficient d'extinction molaire ; l : longueur de la cellule d’adsorption ; c : concentration Liste des figures Chapitre I Figure I.1 : Eléments structuraux : les tétraèdres……………………………………….. 6 Figure I.2 : Eléments structuraux : les octaèdres. …………………………………….. 6 Figure I.3 : représentation schématique de la couche interfoliaire dans le cas des cations interfoliaire hydratés…………………………………………………………….. 7 Figure I.4 : La kaolinite…………………………………………………………............ 8 Figure I.5 : uploads/Geographie/ bentonite-cec.pdf