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Université Mohamed Khider de Biskra Faculté des sciences et de la technologie D

Université Mohamed Khider de Biskra Faculté des sciences et de la technologie Département de chimie industrielle MÉMOIRE DE MASTER Domaine : Sciences et Techniques Filière : Génie des procédés Spécialité : Génie des procédés de l’environnement Réf. : Entrez la référence du document Présenté et soutenu par : SMAILI LAKHDAR Le : mardi 8 septembre 2020 Elimination du fer total par des algues vertes "spirogyra" Jury : Mme. ADJEL Fatima MCA Université de Biskra Président Mme. AIDI Amel MCA Université de Biskra Rapporteur Mme. ZIAD Sabrina Chef de laboratoire d’ADE Biskra CO-Rapporteur Mme. REHALI Hanane MCB Université de Biskra Examinateur Année universitaire : 2019 – 2020 Remerciement ALLAH merci pour m'avoir donné la santé, la volonté et le courage sans lesquels ce travail n'aurait pu être réalisé. Cette page de ce mémoire de Master, malgré les apparences est la plus difficile à rédiger, en effet comment exprimer en si peu de mots toute ma connaissance aux personnes qui m’ont encouragé. Ces quelques lignes sont une occasion pour moi de remercier les personnes qui, de près ou de loin, m’ont soutenu de diverses manières et sans qui, ce travail n’aurait pas abouti. Ainsi, j’adresse ma gratitude, mes remerciements les plus sincères à Dr. Aidi Amel, enseignante à l'Université de Biskra, pour l'intérêt qu'elle a accordé à mes travaux de recherche, pour son aide précieuse, pour le temps qu'elle a bien voulu me consacrer et pour le fait de n’avoir ménagé aucun effort à mettre à ma disposition tous les moyens nécessaires à la réalisation de ce travail. Il est pour moi un honneur de remercier Dr.ADJEL Fatimad’avoir accepté de juger mon travail. Je lui en suis très reconnaissante de même que pour l’intérêt qu’il a porté à ce travail. Je suis très reconnaissant à Dr.REHALI Hanane pour l’honneur qu’elle m’a fait en participant à ce jury. J'adresse également mes remerciements à Mme ZIAD Sabrina, et aussi je me dois remercier tous les Professeurs de faculté de science technique de l'Université de Biskra, ainsi que tout le personnel de département de chimie industrielle. Mes remerciements s’adressent aussi à tous les personnes qui ont participé de près ou loin à la réalisation de ce travail et je cite en particulier les responsables de laboratoire de département d’agronomie Mes remerciements vont aussi à mes collègues pour leurs encouragements, ainsi que pour leurs nombreux et précieux conseils qui, ont su m’apporter leur soutien moral tout au long des différentes étapes de ce travail. Dédicaces Je dédie le fruit de mon modeste travail à : A mes deux adorables et agréables parents, mon Guide dans ma vie, le symbole de tendresse Ma chère mère Saida et le généreux père Omar A mes sœurs Lina et Djehad. A mon frère Taha. A touts les familles Smaili et Guemeida. A toute mes amies et mes collègues le long de mes études promotion de génie de procédé 2019/2020 Tous ceux qui m’ont encouragé et soutenu durant les périodes les plus pénibles avec tant d’amour. Je dédie ce modeste travail Sommaire SOMMAIRE Liste des figures Liste des tableaux Introduction générale……………………………………………………………………. 1 Chapitre I : Etude Bibliographique I.1. Introduction…………………………………………………………………………. 3 I.2. Les métaux lourds …………………………………………………………………... 3 I.2.1. Définition………………………………………………………………………….. 4 I.2.2. Principaux métaux lourds ………………………………………………………… 4 I.2.3. Effets des métaux lourds………………………………………………………….. 5 I.2.3.1. Effet sur la santé………………………………………………………………… 5 I.2.3.2. Effet sur l’environnement………………………………………………………. 7 I.2.4. Source d’émission………………………………………………………………… 7 I.2.5. Les rejets des métaux lourds dans l’eau…………………………………………... 8 I.2.6. Procédés utilisés pour éliminer les métaux lourds ………………………….. ....... 9 I.2.6.1. Procédés de transfert liquide-solide……………………………………………... 9 I.2.6.1.1. Electrolyse…………………………………………………………………….. 9 I.2.6.1.2. Précipitation........................................................................................................ 10 I.2.6.1.3. Echange d’ion ………………………………………………………………… 10 I.2.6.1.4. Adsorption…………………………………………………………………….. 11 I.2.6.2. Procédés de transfert membranaire……………………………………………... 11 I.2.6.2.1. Osmose inverse………………………………………………………………... 11 I.2.6.2.2. Electrodialyse..................................................................................................... 11 I.2.6.3. Procédés biologiques……………………………………………………………. 11 I.2.6.3.1. Phénomène de biosorption…………………………………………………… 11 I.2.6.4. Biosorbants et leurs structures des parois………………………………………. 12 I.2.7. Le Fer…………………………………………………………………………….. 12 I.3. Phénomène d’adsorption…………………………………………………………… 14 I.3.1. Définition du phénomène d’adsorption.................................................................... 14 I.3.2. Types de l’adsorption……………………………………………………………... 14 I.3.2.1. L’adsorption chimique (ou chimisorption)……………………………………… 15 I.3.2.2. L’adsorption physique (ou physisorption)……………………………………… 15 I.3.4. Description du mécanisme d’adsorption………………………………………….. 16 Sommaire I.3.5. Paramètres influençant le processus d’adsorption………………………………… 16 I.3.5.1. Facteurs liées à l’adsorbant……………………………………………………... 17 I.3.5.2. Facteurs liées à l’adsorbat ……………………………………………………… 17 I.3.5.3. Facteurs liées aux conditions opératoires………………………………………. 17 I.3.6. Classification des isothermes d'adsorption……………………………………….. 18 I.3.7. Modélisation des isothermes……………………………………………………… 19 I.3.7.1. Isotherme de Langmuir…………………………………………………………. 19 I.3.7.2. Isotherme de Freundlich………………………………………………………… 20 I.3.8. Application de l’adsorption……………………………………………………….. 21 I.3.8.1. Application de l’adsorption en phase liquide…………………………………… 22 I.4. Matériaux adsorbants……………………………………………………………….. 22 I.4.1. Définition des algues……………………………………………………………… 22 I.4.2. Classification des algues………………………………………………………….. 22 I.4.2.1. Les Chlorophytes……………………………………………………………… 23 I.4.2.2. Les Rhodophytes……………………………………………………………….. 23 I.4.2.3. Les Chromophytes……………………………………………………………… 24 I.4.2.4. Les Cyanobactéries …………………………………………………………….. 24 I.4.3. Compositions chimiques des algues………………………………………………. 25 I.4.4. Utilisation des algues……………………………………………………………… 25 I.4.4.1. En Alimentation ………………………………………………………………… 25 I.4.4.2. En industrie Agro-alimentaire………………………………………………….. 26 II.4.4.3. En Médecine…………………………………………………………………… 26 II.4.4.4. En pharmaceutique…………………………………………………………….. 26 II.4.4.5. En cosmétiques…………………………………………………………………. 26 II.4.4.6. En agriculture…………………………………………………………………... 26 I.4.4.7. En épuration des eaux…………………………………………………………… 26 I.4.2. Identification de l’espèce Chlorophycée …………………………………………. 26 I.5. Conclusion…………………………………………………………………………... 28 Chapitre II : Etude Expérimentale II.1. Introduction…………………………………………………………………………. 29 II.2. Origine des algues ………………………………………………………………… 29 II.3. Les produits et les équipements utilisent…………………………………………... 30 II.3.1. Les produits utilisés................................................................................................. 30 Sommaire II.3.2. Les équipements utilisés………………………………………………………… 30 II.4. Préparation de l’adsorbant…………………………………………......................... 30 II.4.1. Broyage et tamisage……………………………………………………………… 30 II.4.2. L’activation chimique……………………………………………………………. 31 II.4.2.1. L’activation par hydroxyde de potassium (KOH)……………………………. 31 II.4.3. La pyrolyse et lavage ……………………………………………………………. 32 II.5. Etude de l’effet des différents paramétré de KOH sur l'adsorption de fer total…… 34 II.6. Analyse physico-chimiques de l’algue brute………………………………………. 37 II.6.1. La teneur en humidité............................................................................................. 37 II.6.2. Indice d’iode……………………………………………………………………… 37 II.6.2.1. Définition............................................................................................................. 37 II.6.2.2. Méthode iodométrique…………………………………………………………. 38 II.6.2.3. Préparation des solutions………………………………………………………. 38 II.6.2.4. Détermination de l’indice d’iode………………………………………………. 38 II.7. Technique et caractérisation des adsorbants……………………………………….. 39 II.7.1. Analyse par Microscopie électronique à balayage (MEB)………………………. 39 II.7.2. Analyse par diffraction des rayons X …………………………………………… 42 II.7.3. Analyse par infrarouge à transformée de Fourier (IRTF)……………................... 43 II.8. Etude d’élimination du fer total par l’adsorption sur algue brute………………….. 45 II.8.1. Préparation de la solution mère de Fer…………………………………………… 45 II.8.2. Etude d'adsorption………………………………………………………………... 45 II.8.2.1. Etude de l’adsorption du Fer sur les algues vertes brute……………………….. 46 II.8.2.1.1. Influence du pH………………………………………………………………. 46 II.8.2.1.2. Influence de la quantité initiale d’algue……………………………………… 47 II.8.3. Détermination des isothermes d’adsorption……………………………………… 49 II.9. Conclusion………………………………………………………………………………… 51 Conclusion générale …………………………………………………………………….. 52 Références bibliographiques…………………………………………………………….. 54 Liste des figures LISTE DES FIGURES Figure I.1: Classification périodique des éléments……………………………………... 4 Figure I.2: Le fer sur le marché des métaux…………………………………………... 13 Figure I.3: Schéma simplifié représentant le phénomène d’adsorption……………….. 14 Figure I.4: Mécanisme d’adsorption d’un soluté sur un matériau adsorbant………… 16 Figure I.5: les isothermes d’adsorption en phase liquide………………………………. 19 Figure I.6: Représentation de l'adsorption de l’adsorbât à la surface d’un adsorbant …. 21 Figure I.7: Algues verte (Chlorophytes)………………………………………………... 23 Figure I.8: Algues rouges (Rhodophytes)……………………………………………… 23 Figure I.9: Algues brune (Chromophytes)……………………………………………... 24 Figure I.10: Les cyanobactéries…................................................................................... 24 Figure I.11: Algue verte ( Spirogyra )….......................................................................... 27 Figure II.1 : Les algues de M’Chouneche oued LABYADE…………………………... 29 Figure II.2: a) Les algues avant lavage b) Les algues après lavage…………………... 31 Figure II.3: Les échantillons activé par ( )avant la pyrolyse……………………… 31 Figure II.4: Les creuser dans le four à moufle................................................................ 32 Figure II.5: Etape pour l'obtention du charbon actif à base……………………………. 33 Figure II.6: L’effet de différent volume de KOH sur capacité l’adsorption de fer total.. 34 Figure II.7: L’effet de différent volume de KOH sur rendement d’adsorption de fer total………………………………………………………………………………………. 34 Figure II.8: L’effet de différent concentrations de KOH sur capacité l'adsorption de fer total…………………………………………………………...................................... 35 Figure II.9: L’effet de différent concentrations de KOH sur rendement l’adsorption de fer total…………………………………………………………………………………... 35 Figure II.10: L’effet de différent temps d'agitation de KOH sur capacité l’adsorption de fer total……………………………………………………………………………….. 36 Figure II.11: L’effet de différent temps d'agitation de KOH sur le rendement l’adsorption de fer total…………………………………………………………………. 36 Figure II.12: Image par microscopie électronique à balayage des algues vertes brute avant l'adsorption à l’échelle 500 µm (C ), 100 µm (B) et 50 µm (A)………………….. 40 Figure II.13: Image par microscopie électronique à balayage des algues vertes brute après l'adsorption à l’échelle 500 µm (C), 100 µm (B) et 50 µm (A)…………………... 41 Figure II.14: Diagrammes DRX des algues vertes brut avant l'adsorption……………. 42 Liste des figures Figure II.15:Diagrammes DRX des algues vertes brut après l'adsorption…………….. 43 Figure II.16: Spectres IR d’algues vertes brute étudiées avant l'adsorption…………… 44 Figure II.17: Spectres IR d'algues vertes brutes étudiées après l'adsorption………….... 44 Figure II.18: Influence du pH sur la capacité d’élimination du fer total par les algues... 46 Figure II.19: Le rendement d’adsorption de fer total sur différents pH……………….. 47 Figure II.20: L’effet de la masse de la d’adsorbant sur l’adsorption de fer total………. 48 Figure II.21: Le rendement d’adsorption de fer total sur différents masses d’adsorbant. 48 Figure II.22: Transformée linéaire de l’isotherme d’adsorption du Fer total selon le modèle de Langmuir…………………………………………………………………….. 49 Figure II.23: Transformée linéaire de l’isotherme d’adsorption du Fer total selon le modèle de Freundlich……………………………………………………………………. 50 Liste des tableaux LISTE DES TABLEAUX Tableau I.1: Sources industrielles et agricoles des métaux dans l’environnement ……. 8 Tableau I.2: Normes de rejet d’effluent en Algérie……………………………………. 9 Tableau I.3: Comparaison entre la physisorption et la chimisorption………………….. 15 Tableau I.4: Différents types des principaux modèles des uploads/Geographie/ smaili-lakhdar.pdf