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FACULTE DES SCIENCES JEAN PERRIN DOCTEUR EN CHIMIE ORGANIQUE ET MACROMOLECULAIR

FACULTE DES SCIENCES JEAN PERRIN DOCTEUR EN CHIMIE ORGANIQUE ET MACROMOLECULAIRE Utilisations de charbons actifs dans des procédés d’adsorption de Composés Organiques Volatils et des procédés de catalyse dans Soutenue le 2 M. Philippe Burg, Professeur ( Mme Catherine Pinel, Directrice de Recherches CNRS M. Christophe Stavrakakis, Ingénieur ADEME ( Mme Anne Ponchel, Professeur (Université d’Artois M. Eric Monflier, Professeur (Université d’Artois THESE Présentée à L’UNIVERSITE D’ARTOIS FACULTE DES SCIENCES JEAN PERRIN Pour obtenir le grade de DOCTEUR EN CHIMIE ORGANIQUE ET MACROMOLECULAIRE Par Nicolas KANIA Utilisations de charbons actifs dans des procédés d’adsorption de Composés Organiques Volatils et des procédés de catalyse dans l’eau. 22 avril 2010 devant la commission d’examen M. Philippe Burg, Professeur (Université Paul Verlaine de Metz) inel, Directrice de Recherches CNRS (Lyon) M. Christophe Stavrakakis, Ingénieur ADEME (Angers) Anne Ponchel, Professeur (Université d’Artois de Lens) M. Eric Monflier, Professeur (Université d’Artois de Lens) DOCTEUR EN CHIMIE ORGANIQUE ET MACROMOLECULAIRE Utilisations de charbons actifs dans des procédés d’adsorption de Composés Organiques Volatils et des devant la commission d’examen : Rapporteur, Rapporteur, Examinateur, Co-Directrice, Co-Directeur. PEFC/10-31-714 A Maiiie, A ma famille, et tous ceux qui comptent pour moi. - i - Remerciements Ce travail de recherche, cofinancé par l’ADEME (Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie) et la Région Nord - Pas de Calais, a été réalisé au sein du Laboratoire de Physico-Chimie des Interfaces et Applications (LPCIA, FRE CNRS 2485) devenu Unité de Catalyse et de Chimie du Solide (UCCS Artois, UMR CNRS 8181) au 1er janvier 2008. Mes remerciements vont tout naturellement à Monsieur Eric Monflier, Professeur à l’Université d’Artois, directeur de l’UCCS Artois et co-directeur de thèse. Je tiens à lui témoigner toute ma gratitude pour m’avoir accueilli au sein de son laboratoire et avoir suivi l’ensemble de mes travaux scientifiques. Grâce à ses précieux conseils et à son optimisme à toutes épreuves, j’ai appris à ne jamais baisser la tête devant l’adversité. Je tiens également à exprimer toute ma reconnaissance à Madame Anne Ponchel, Professeur à l’Université d’Artois et co-directice de thèse, pour l’encadrement et la bonne conduite de mes recherches. Ta rigueur scientifique et ta bonne humeur font de toi une personne exceptionnelle. Je voudrais adresser mes plus sincères remerciements à Madame Catherine Pinel, Directrice de Recherches du CNRS à l’Institut de Recherches sur la Catalyse et l’Environnement de Lyon et à Monsieur Philippe Burg, Professeur et vice-président du conseil scientifique de l’Université Paul Verlaine de Metz, d’avoir apporté leur caution scientifique en acceptant de juger ce travail. Je remercie également Monsieur Christophe Stavrakakis, Ingénieur ADEME au Département des Procédés Industriels et Agricoles de participer à ce jury en qualité d’examinateur. Je voudrais adresser mes plus sincères remerciements à Madame Anne Paillier, Ingénieur ADEME, pour le suivi de mes travaux scientifiques pendant ces trois années. Je tiens à adresser une reconnaissance toute particulière à Monsieur Hervé Bricout, Maître de conférences à l’Université d’Artois, pour son implication dans mon travail. Mister Bricout, ta gentillesse te perdra (maintenant que j’ai compris l’histoire des siamoises et du clairon, il reste toujours le truc des poules sur le mur). Je ne peux oublier Monsieur Frédéric Hapiot, Maître de conférences (à ce jour) à l’Université d’Artois, nos discussions d’ordre - ii - Remerciements scientifique (qu’est ce qui tourne dans cette réaction ?) ou futile (la série Far Cry est la meilleure) m’ont beaucoup aidé à avancer. Merci beaucoup à vous deux les gars. Je voudrais également remercier Madame Sophie Fourmentin, Professeur à l’Université du Littoral de Dunkerque, pour les déterminations de constantes d’association effectuées par headspace. Monsieur Christophe Diévart technicien chimiste à la Société Artésienne de Vinyle de Bully les Mines pour les analyses Turbiscan. Monsieur Bastien Léger, Maître de conférences à l’Université d’Artois, pour sa participation à mes recherches (« Mister Light, the greatest, the unbelievable, from the Nuchar team », « non mais là, non mais là, non mais là, c’est X-Files », pour info : mes mains tournent en écrivant ces quelques phrases et ce n’est pas facile). Mes pensées vont également vers toutes les personnes du laboratoire, Professeurs, Maîtres de conférences et Personnels techniques pour leur sympathie et leur gentillesse. Merci tout particulièrement à J-F B. pour les analyses Raman, Greg pour les analyses RMN, Seb T. pour les conseils immobiliers, Dom pour les conseils d’ordre scientifique ou personnel, Antonio pour la microscopie et Luc pour mes nombreux problèmes techniques et informatiques. Je ne peux oublier tous mes collègues de paillasse et aujourd’hui amis avec lesquels ces trois années resteront à jamais gravées dans ma mémoire. Dans un premier temps, un grand merci à la bande de « Renards », Ju (des BBB inoubliables mais pense à changer d’arme !), Mich (il serait trop facile de dire que tu ne connais rien au football ou que tu es mauvais à PES. Mon gars on va bientôt « parler d’égal à égal » mais « yé quelle heure là ? »), Jérèm (alias Mickael, le coloc grâce à qui Lincoln a fait parti de la bande des snickers) et Anthosteack (tu as de la chance que je te parle encore depuis ce fatidique 9 juillet 2006, mais je crois que c’est à cause des kluskis). Les gars Coffee Break ? Merci aux plus récemment arrivés, Natacha (après celle de Michel c’est ma place que tu convoites, je te la donnerai pour m’excuser mais je te rappelle que ma tarte à la bière était bonne), Emilie (la reine de l’intérim’), Lucie (celle qui, pour ses élèves, est une bonne enseignante), Stéph (le frère, fan du son underground) et Fred W. (the new teacher). - iii - Remerciements Merci aux anciens, Véro (maintenant j’adore la vaisselle), Cécile (à nous deux, on peut créer un magazine people), Shahrazad (j’espère l’avoir bien écrit), Aurore (CK underwear portés bizarrement), Andy (le pyromane champion du fall and cold), Vinssss (big up, la semaine prochaine on a un match de foot, t’es libre ?), Quin’s (le Jackson Richardson des pigeons), Qi (à l’initiative de ma phobie des balais) et Nassim (le chat noir). Je remercie toutes les autres personnes que j’ai pu côtoyer au sein du laboratoire Rachel, Adlane, Sandrine & Seb S., Delphine, Marc, J-F H. (p’tit canus), Zhen, Aline, Ngan (on va faire les manifs ou la RMN avec guéguowhi ?), Claire (zen…), Félix (Sylvain Mirouf), Gokul (avec toi, palladium a un tout autre sens), Rudy, Jonathan, David & Jérome (les pass- partout de l’Université pour les discussions du soir avant fermeture), les « drôles de dames » du C103 (Emilie, Isabelle, Nana et Pascale) et mes préparatrices préférées, Amélie (Tupperwoman), Christelle (la maman) et Sandrine (bisou à mon fils). Je salue également mes amis les plus proches, Damien (en y repensant c’est grâce à cette faculté que j’ai eu la chance de te rencontrer, mais c’est pour quand le jeu de la moutarde ?), Monsieur War (encore désolé pour les répètes manquées mec, mais tu vois ça paye), Elodie (j’étais encore à la fac mais tu vois, j’ai mûri), Sarah (ouiiiiii Mécé, c’est vachement cool), aux Nébys (Mini Chabal et Flash pipi), aux membres de mes groupes anciens et actuels … La musique donne une âme à nos cœurs et des ailes à la pensée … Enfin, je tiens à témoigner ma plus grande gratitude à Maiiie qui a subi, bien plus que les autres, mes sautes d’humeur pendant ces années (merci la meuf !), à mes parents et ma sœur qui ont toujours cru en moi, à ma Baba adorée qui n’a pas toujours compris ce que je faisais et à ma nouvelle famille, Maryse, Jeanne, Vincent, Clément et Antoine. - iv - Table des matières Remerciements. - i - Table des matières. - iv - Abréviations. - viii - Introduction générale. - 1 - Chapitre I : Contexte et généralités Partie 1 : Les composés organiques volatils. - 4 - I. Définition et propriétés. - 4 - I.1. Définition des COVs. - 4 - I.2. Impact des COVs. - 5 - a) Effets directs. - 5 - b) Effets indirects. - 6 - I.3. Sources d’émissions. - 7 - I.4. Réglementation. - 8 - II. Techniques de réduction des émissions de COVs. - 9 - III. Conclusions. - 11 - Partie 2 : Le charbon actif. - 12 - I. Définition et propriétés. - 12 - II. Historique. - 13 - III. Préparation. - 14 - III.1. Matières premières. - 14 - III.2. Principales voies de fabrication. - 15 - a) L’activation physique (voie I). - 17 - b) L’activation chimique (voie II). - 18 - c) Traitements supplémentaires. - 18 - IV. Propriétés physico-chimiques et caractérisation. - 19 - IV.1. Structure. - 19 - IV.2. Texture. - 20 - a) Isotherme d'adsorption. - 21 - b) La distribution des tailles de pores. - 22 - c) La surface spécifique. - 23 - IV.3. Fonctions de surface. - 24 - V. Applications des charbons actifs au piégeage de COVs. - 27 - V.1. Adsorption (gaz/solide) en lit fixe. - 27 - a) Couple adsorbant/polluant. uploads/Science et Technologie/ thse-nicolas-kania-pdf.pdf