Thèse : Adsorption de polluants sur substances naturelles

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Université de Lorraine
École Doctorale Ressources Procédés Produits Environnement (RP2E)
Laboratoire d'Etude et de Recherche sur le MAtériau Bois (LERMAB)
T H È S E
Présentée pour l’obtention du titre de
Docteur de l’Université de Lorraine
Spécialité : Sciences du Bois et des Fibres
Présentée par
Bahia MEROUFEL
Adsorption des polluants organiques et inorganiques sur des substances
naturelles : Kaolin, racines de Calotropis procera et Noyaux de dattes
Soutenue le vendredi 18 décembre 2015 devant le jury composé de
Pr. André MERLIN
Dr. Béatrice GEORGE
Pr. Yves GROHENS
Pr. Abdelaziz LALLAM
Pr. Jocelyne BRENDLE
Pr. Mohamed BENYAHIA
Pr. Saïd BENFARHI
Université de Lorraine
Université de Lorraine
Université de Bretagne Sud
Université de Haute Alsace
Université de Haute Alsace
Université de Sidi Bel Abbes
Université de Batna
Directeur de thèse
Co-Directeur de thèse
Rapporteur-Président du Jury
Rapporteur
Examinateur
Examinateur
Invité

I
Dédicaces
A mes chers petits princes
Ibrahim El Khalil, Mohamed Jebril, Adam Abderrahmane et Ahmed Nouh
A mon très cher époux
A mes chers parents
A mes chers frères et sœurs
A tous ceux et celles qui me sont chers

II
Remerciements
Je tiens, en premier lieu, à remercier Monsieur André MERLIN, Professeur à
l’université de Lorraine, pour avoir accepté de diriger cette thèse de doctorat. Je tiens à
témoigner de toutes ses qualités aussi bien humaines que scientifiques, qu’ils trouvent ici
l’expression de ma grande gratitude.
J’exprime ma profonde reconnaissance à mon co-directeur de thèse Madame Béatrice
GEORGE Maître de conférence à l’université de Lorraine qui m’a accompagné jusqu’au bout
avec ses conseils, son soutien et sa sympathie.
J’adresse les plus sincères remerciements à Monsieur Yves GROHENS Professeur à
l’université de Bretagne Sud et Monsieur Abdelaziz LALLAM Professeur à l’université de
Haute Alsace qui ont bien voulu accepter de mobiliser leur temps et leurs compétences pour
juger mon travail et être présents à ma soutenance.
Je tiens aussi à remercier très vivement les examinateurs : Madame Jocelyne BRENDLE,
Professeur de l’Université de Haute Alsace, Monsieur Mohamed BENYAHIA, Professeur de
l’Université de Sidi Bel Abbes-Algérie et Monsieur Saïd BENFARHI Professeur de
l’Université de Batna-Algérie.
Un grand merci à toutes les personnes de LERMAB, surtout à Monsieur Stéphane
MOLINA et à Madame Corinne COURTEHOUX pour toute l’aide qu’ils m’ont apportée
pour réaliser ce travail.
J’exprime mes chaleureux remerciements à Monsieur André DONNOT maître de
conférences (HDR) de l’université de Lorraine, qui m’a beaucoup aidé dans l’analyse ATG.
Je remercie vivement Monsieur Yves PILLET (Faculté des Sciences et Technologie, groupe
PGCM, Université de Lorraine, Nancy, France), Professeur Assistant pour ses conseils et son
aide efficace, en particulier, dans l’analyse par absorption atomique.
J’exprime ma gratitude à Monsieur le professeur Ghouti MEDJAHED (Laboratoire
de Chimie du Solide Mineral, Nancy-France) de m’avoir permis d’analyser mes échantillons
par diffraction RX, à Monsieur Aurelien RENARD (Laboratoire de Chimie Physique et
Microbiologie pour l’Environnement, Nancy-France) pour l’analyse XPS, à Monsieur
Ludovic MOUTON (Service Commun de Microscopies Electroniques et de Microanalyses,
Nancy-France) pour le MEB et à Monsieur Jaafar GHANBAJA (Centre de Compétences en
Microscopie Electronique et Microsondes (CC-MEM) à l’Ecole des Mines, Nancy-France)
pour le MET.
Je voudrais exprimer ma reconnaissance à mon époux Mohamed Amine ZENASNI
d’avoir suivi de très près ce travail et du soutien qu’il m’a apporté en toute circonstance.
Enfin, Je remercie aussi tous ceux qui ont contribué de près ou de loin au bon déroulement de
ce travail.

Résumé
III
Résumé
Le premier objectif des études présentées dans cette thèse est de caractériser un
gisement argileux kaolinique de la région du sud-ouest Algérien qui n’a jamais été exploité au
paravent, d’améliorer les propriétés de surface de cette argile suite à des modifications
réalisées par revêtement avec un aminosilane (APTES) ou par échange cationique avec un
agent tensioactif (CTAB), ce qui nous a permis de développer les sites actifs à la surface de ce
matériau. Les matériaux préparés ont été caractérisés par DRX, ATG, IRTF, MET et MEB.
Deux autres matériaux d’origine végétale d’une grande abondance au sud-ouest Algérien qui
sont les racines de la plante Calotropis Procera et les noyaux de dattes de Feggous sont aussi
caractérisés.
Le second objectif de cette étude est l’application de ces matériaux dans l'élimination
de différents types de polluants en solutions aqueuses : métaux lourds (Zn(II) et Mn(II)) et
Colorants synthétiques anionique et cationique (Rouge Congo et Violet de gentiane) pour une
mise en évidence de l’efficacité des matériaux argileux et végétaux vis-à-vis de l'adsorption
de ces polluants.
L’étude de l’adsorption consiste à discuter les effets du temps de contact, pH et la
concentration initiale du soluté en utilisant une technique d'adsorption en batch. L’effet de la
température a permis de réaliser une étude thermodynamique pour définir la nature des
phénomènes d’adsorption. En outre, différents modèles de cinétique (premier et second
ordres) et d’isothermes d’adsorption (Langmuir et Freundlich) sont utilisés pour l’évaluation
de la capacité des supports kaoliniques naturel et modifiés (K08, KC et KS) et des supports
végétaux (CP et ND) à adsorber ces polluants organiques et inorganiques.
Le kaolin naturel (K08) a montré une bonne affinité vis-à-vis touts les polluants avec
des capacités d’adsorption remarquables ; cette capacité a considérablement évolué par la
modification. Le kaolin modifié (KS) s’avère le meilleur adsorbant pour ces types de
polluants (métaux lourds et colorants synthétiques). Les racines de CP présentent une très
bonne affinité pour les métaux lourds, alors que les noyaux de dattes donnent des résultats
plus remarquables pour la biosorption des colorants.
Mots clés: Kaolin; Kaolin modifié; Calotropis Procera, Noyaux de dattes, Adsorption; Métaux
lourds; Colorants synthétiques; Cinétique; Thermodynamique