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----------------------------------------------------------------------------------------------------------- Faculté des Sciences et Techniques - Fès  B.P. 2202 – Route d’Imouzzer – FES  212 5 35 60 80 14 ; Fax : 212 5 35 60 82 14 Année Universitaire : 2020-2021 Master Sciences et Techniques GMP Génie des Matériaux et des Procédés MEMOIRE DE FIN D’ETUDES Pour l’Obtention du Diplôme de Master Sciences et Techniques Présenté par :  Lafit Amine Encadré par :  Pr KHERBECHE Abdelhak Soutenu Le 16 juillet devant le jury composé de :  Pr KHERBECHE Abdelhak (EST Fès)  Pr. OULMEKKI Abdellah (FST Fès)  Pr. CHAOUQI Mohammed (FST Fès) Stage effectué à : Laboratoire de Matériaux, Procédés, Catalyse et Environnement à EST FÈS Etude cinétique et thermodynamique de l’adsorption de cuivre par l’utilisation des billes d’alginate comme matériaux. DEDICACE : A Dieu le tout puissant, ta miséricorde et ta grâce m’ont fortifié dans la réalisation de ce travail. A mes très chers parents qui ont toujours été là pour moi et qui m’ont donné un magnifique modèle de labeur et de persévérance, pour tous les sacrifices déployés pour m'élever dignement et assurer mon éducation dans les meilleures conditions. Aucune dédicace ne saurait exprimer à juste valeur tout l'amour, le respect et le dévouement que je porte pour eux. A mes amis, pour le soutien moral dont vous avez toujours fait preuve, je vous souhaite un avenir plein de bonheur et de prospérité. A tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à la réalisation de ce travail. Remerciement : D’abord, je profite de cette occasion pour adresser mes sincères remerciements à Mr. MUSTAPHA IJJAJLI, doyen de la faculté des sciences et techniques Fès, pour sa gestion sage et les bonnes conditions d’études qu’ils nous ont procurées. Ainsi tous les enseignants de département de chimie pour leurs conseils, soutiens et orientations. Je tiens à exprimer mes chaleureux remerciements à : Monsieur le Directeur de l’EST qui a eu la bienveillance de m’accorder ce stage. Doctorante Kenza Elhajjaji qui m’a facilité l’intégration ainsi pour sa bienveillance durant mon stage, c’est grâce à elle et au travail proposé que ce stage a été si bénéfique. Mes remerciements les plus cordiaux s’adressent à mon encadrant Pr. KHERBECHE Abdelhak chef de la filière génie des procédés à EST Fès pour sa disponibilité, son aide, ses conseils précieux, ses critiques constructives, ses explications et suggestions pertinents ainsi que pour ses qualités humaines et morales que j’ai appréciées. Par ailleurs, nous tenons à remercier les professeurs Mr. OULMEKKI Abdellah et Mr. CHAOUQI Mohammed pour l’honneur qu’ils me font en acceptant d’examiner ce travail et participer à ce jury. Toute mes amies et mes camarades de la promotion pour tous les moments de partage, d’échange et de joie que nous avons vécus ensemble durant tout le cursus. Sans oublier les opérateurs du laboratoire pour leurs aides et leurs conseils, en particulier je tiens à remercier avec honneur et privilège :  Monsieur Omar Boualam Liste des abréviations : ALG : Alginate. GO : Oxyde de graphène. VO : Oxyde de vanadium. Matériau.1 : Mélange d’alginate avec l’oxyde de graphène et l’oxyde de vanadium (ALG/VO/GO). Matériau.2 : Mélange d’alginate avec l’oxyde de graphène (ALG/GO). OI : L’osmose inverse. λmax : Longueur d’onde maximale. Q : La capacité d’adsorption. R (%) : Rendement ou le taux d’élimination. Liste des figures : Fig.1 : Structure chimique de l’alginate de sodium. ................................................... 25 Fig.2 : Structure chimique d’oxyde de graphène. ....................................................... 27 Fig.3 : Structure cristalline d’oxyde de vanadium ...................................................... 28 Fig.4 : Détermination de la longueur d’onde maximale A=f(λ). ................................. 35 Fig.5 : La courbe d’étalonnage A=f(C). ..................................................................... 35 Fig.6 : Détermination de temps d’équilibre R (%) =f(t). ......................... 36 Fig.7 : La capacité d’adsorption pour chaque matériau q(mg/g) =f(t). ........................ 37 Fig.8 : Détermination de la dose d’adsorbant pour le matériau.1, R (%) et q (mg/g) =f(mads). ...................................................................................... 38 Fig.9 : Détermination de la dose d’adsorbant pour le matériau.2, R (%) et q (mg/g) =f(mads). ...................................................................................... 38 Fig.10 : Effet de pH sur l’adsorbant de cuivre pour les deux matériaux, R (%) =f(pH).39 Fig.11 : Effet de la température sur l’adsorbant de cuivre pour les deux matériaux, R (%) =f(T). .............................................................................................................. 40 Fig.12 : L’étude graphique des paramètres étudié à notre expérience. ........................ 41 Fig.13 et 14 : L’étude des effets d’interaction d’ordre 1 entre le pH et la Température.41 Liste des schémas : Schéma 1 : Principe de l’électrodialyse. ................................................................... 18 Schéma 2 : Illustration de phénomène d’adsorption. ......................................................... 21 Schéma 3 : La fabrication d’alginate de sodium. ...................................................... 26 Liste des tableaux : Table 1 : Les normes des rejets de métaux lourds dans les eaux usées selon (OMS). ... 7 Table 2 : Utilisation industrielle de quelques métaux lourds. ....................................... 9 Table 3 : les différents métaux lourds, leur source ainsi leur risque sanitaire. ............ 14 Table.4 : Le plan d’expérimentation. ......................................................................... 33 Table.5 : La cinétique d’adsorption a différents pH pour les deux matériaux. ............ 42 Table.6 : L’isotherme d’adsorption pour les deux matériaux. .................................... 43 Table.7 : La thermodynamique d’adsorption a différentes températures pour les deux matériaux. ................................................................................................................................. 44 Sommaire : INTRODUCTION GENERALE................................................................................................. 1 CHAPITRE. Ⅰ : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE ............................................................. 2 I. L'eau et environnement : ..................................................................................................... 3 1. L'eau en tant que source vitale :....................................................................................... 3 2. Qualité physico-chimique : ............................................................................................. 3 a) Procédé physique : .................................................................................................... 4 b) Procédé chimique :.................................................................................................... 4 c) Procédé physico-chimique : ...................................................................................... 4 3. Qualité microbiologique : ................................................................................................ 4 a) Les coliformes totaux : .............................................................................................. 4 b) Les coliformes fécaux (E. coli) : ............................................................................... 5 c) Les streptocoques fécaux (E.I) : ................................................................................ 5 d) Les bactéries Clostridium sulfito réducteurs (ou leurs spores): .................................. 5 e) Les microorganismes revivifiables : .......................................................................... 5 4. Les types de contaminations : .......................................................................................... 5 a) Pollution chimique : .................................................................................................. 5 b) Pollution bactériologique : ........................................................................................ 6 5. La teneur en eau selon l’organisme mondiale de la santé (OMS) : ................................... 6 6. L’intérêt de cette recherche : ........................................................................................... 7 II. Métaux lourds : ................................................................................................................... 7 1. Définition : ..................................................................................................................... 7 2. Les différents métaux lourds et leurs sources :................................................................. 8 a) Le cadmium : ............................................................................................................ 9 b) Le mercure : ............................................................................................................ 10 c) Le nickel : ............................................................................................................... 11 d) Le plomb : .............................................................................................................. 12 e) Le cuivre :............................................................................................................... 12 3. Les méthodes pour résoudre le problème de la purification des eaux usées : .................. 14 a) Précipitation des métaux lourds : ............................................................................. 14 b) L’échange d’ions : .................................................................................................. 16 c) L’osmose inverse : .................................................................................................. 17 d) L’électrodialyse : .................................................................................................... 18 e) L’adsorption : ......................................................................................................... 19 III. Adsorption : .................................................................................................................. 20 1. Types d’interactions : .................................................................................................... 20 2. Mécanisme d’adsorption : ............................................................................................. 21 3. L’équilibre chimique : ................................................................................................... 21 4. Isotherme d’adsorption :................................................................................................ 21 a) Isotherme de Langmuir : ......................................................................................... 22 b) Isotherme de Freundlich : ........................................................................................ 22 5. Cinétique d’adsorption : ................................................................................................ 23 6. Thermodynamique d’adsorption : .................................................................................. 23 IV. Matériau et méthodes : .................................................................................................. 24 1. Alginate : ...................................................................................................................... 24 a) Origine : ................................................................................................................. 25 b) Propriétés : .............................................................................................................. 25 c) Composition chimique : .......................................................................................... 25 d) Structure chimique : ................................................................................................ 25 d) Procédé de fabrication : ........................................................................................... 26 e) Utilisation : ............................................................................................................. 27 2. Oxyde de graphène GO : ............................................................................................... 27 3. Oxyde de vanadium VO : .............................................................................................. 28 CHAPITRE. Ⅱ : TECHNIQUES EXPERIMENTALES ...................................................... 29 1. L’adsorption de Cuivre par l’utilisation des billes d’alginate : ....................................... 30 a) Matériels utilisés : ................................................................................................... 30 b) Préparation des billes d’alginate : ............................................................................ 30 c) Détermination de la longueur d’onde maximale : .................................................... 31 d) Vérification de la loi de Beer-Lambert : .................................................................. 31 e) Expériences d’adsorption d’ion de Cu2+ par lots : .................................................... 32 f) Effet de la dose d’adsorbant : ...................................................................................... 32 g) Effet de pH : ........................................................................................................... 32 h) Effet de la Température : ......................................................................................... 32 i) Plan d’expérience (Nemrod) : ..................................................................................... 33 CHAPITRE. Ⅲ : ADSORPTION DES IONS DE CUIVRE SUR LES BILLES D’ALGINATES ...................................................................................................................... 34 1. La longueur d’onde maximale : ..................................................................................... 35 2. La loi de Beer-Lambert : ............................................................................................... 35 3. Le temps de contact : .................................................................................................... 36 4. Effet de la masse d’adsorbant : ...................................................................................... 37 5. Effet de pH : ................................................................................................................. 39 6. Effet de la température : ................................................................................................ 40 7. Plan factoriel complet : ................................................................................................. 41 8. La cinétique d’adsorption : ............................................................................................ 42 9. Isotherme d’adsorption :................................................................................................ 42 10. Thermodynamique d’adsorption : ............................................................................... 43 Conclusion : ............................................................................................................................. 45 1 INTRODUCTION GENERALE L’eau potable répond à des très grandes exigences de qualité. Cependant, les eaux brutes qu’elles soient souterraines ou superficielles ne remplissent pas toujours les critères requis en termes de qualité chimique et aussi ne répond pas au critère selon l’organisme mondiale de la santé (OMS) respective pour les rejets de métaux lourds dans les eaux usées. Il est nécessaire d’effectuer des analyses qui révèlent la présence des métaux lourds, des matières minérales, des matières organiques en suspension ou en solution et éventuellement des micro-organismes. C’est la raison pour laquelle l’eau doit être traitée avant d’être consommée. Les matériaux d'alginate ont été largement utilisés pour les applications de traitement de uploads/Geographie/ pfe-master-ads.pdf