PIÉGEAGE INDUSTRIEL DU DIOXYDE DE CARBONE VIA LE

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Université du Québec
Institut National de la Recherche Scientifique
Centre Eau Terre Environnement
PIÉGEAGE INDUSTRIEL DU DIOXYDE DE CARBONE VIA LE PROCESSUS DE
CARBONATATION MINÉRALE INDIRECTE EN PHASE AQUEUSE DES RÉSIDUS MINIERS
ULTRABASIQUES : CAS DE LA SERPENTINITE
Par
Ikbel Mouedhen
Ingénieur en sciences agronomiques
Mémoire présenté pour l’obtention du grade de
Maître ès sciences (M.Sc.)
en sciences de l’eau
Jury d’évaluation
Examinateur externe Carmen Mihaela Neculita
Université du Québec en Abitibi-
Témiscamingue
Examinateur interne Mario Bergeron
et président de jury INRS-ETE
Directeur de recherche Jean-François Blais
INRS-ETE
Codirecteur de recherche Guy Mercier
INRS-ETE
© Droits réservés d’Ikbel Mouedhen, 2015

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REMERCIEMENTS
C’est aussi bien un plaisir qu’un devoir de présenter ma gratitude et mes remerciements les
plus respectueux à tous ceux qui m’ont aidé à mener à bien ce travail de recherche.
Le projet a été élaboré au sein du Centre Eau Terre Environnement de l’Institut National de la
Recherche Scientifique (INRS-ETE) sous la direction des professeurs-chercheurs Jean-François
Blais et Guy Mercier.
Je tiens alors à remercier en premier lieu mes directeur et co-directeur de recherche Messieurs
Jean-François Blais et Guy Mercier de m’avoir offert la chance d’intégrer leur équipe de
recherche et d’avoir bénéficié de leur encadrement et leur haute bienveillance me permettant
de progresser dans mes études supérieures dans les meilleures conditions scientifiques et
sociales.
J’adresse mes remerciements les plus profonds à toute l’équipe de carbonatation minérale
soient la chercheure postdoctorale Nassima Kemache et les associés de recherche Louis-César
Pasquier et Emmanuelle Cecchi. Je les remercie de m’avoir accompagnée et conseillée tout au
long de mon projet de maîtrise et de m’être ressourcée de leur savoir et de leur large
expérience dans le domaine de la recherche.
Je remercie également l’étudiante au doctorat Alia Ben Ghachem d’avoir donné de son temps
et de sa patience pour m’aider dans certaines tâches de laboratoire surtout au début du projet.
Je tiens à remercier énormément tout le Personnel de la cimenterie « Holcim » d’avoir accepté
l’implantation du laboratoire au sein de leur usine. Un grand merci pour leur gentillesse et leur

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serviabilité qui ont permis le déroulement de ce travail dans des circonstances les plus
agréables et les plus sécuritaires.
Je remercie, infiniment, Mme Myriam Chartier d’avoir assuré la correspondance rapide des
différents outils indispensables à l’avancement de cette recherche.
Je remercie l’associée de recherche Lucie Coudert d’avoir contribué à l’amélioration de mon
rapport de maîtrise et de m’être alimentée de son énergie positive et de sa motivation
scientifique.
Je remercie ma meilleure amie Sabrine Metahni, mes amis Mehdi Zolfaghari, Anne Carrabin et
tous mes collègues de travail de l’ambiance conviviale qu’ils génèrent et de la richesse
culturelle que j’ai pu avoir durant mon séjour à Québec.
Je remercie ma famille en commençant par ma chère mère Khadija Ben Hammouda de m’avoir
donné de son amour, de son énergie et de ses encouragements pour que je puisse persévérer
et avancer aux échelles sociale et professionnelle.
Je remercie mes sœurs Ghada Mouedhen Amri, Yafa Mouedhen et mon frère Mohamed
Chams Eddine Mouedhen de leur solidarité, de leur présence et de leur soutien moral continu.
Finalement, un grand merci à mon père adorable Hssen Mouedhen, ma source spirituelle, de
m’avoir appris à croire en soi-même et de ses conseils les plus précieux sur le long chemin de la
vie…

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RÉSUMÉ
Le dioxyde de carbone (CO2) est le principal gaz à effet de serre impliqué dans le phénomène de
réchauffement climatique. Les larges émissions de celui-ci sont dues à l’utilisation intensive des
combustibles fossiles. La science s’est orientée alors vers la recherche de méthodes efficaces
permettant la réduction des émissions anthropogéniques de ce gaz. La carbonatation minérale
est une solution prometteuse qui permet la capture du CO2 par des minéraux silicatés et sa
stabilisation sous la forme de carbonates de magnésium ou de calcium. Ce projet de maîtrise
propose aux industries une unité de traitement de leurs émissions en CO2. Il s’agit du pilotage
d’un procédé de carbonatation minérale indirecte en phase aqueuse de résidus miniers
ultrabasiques (serpentinite). Le gaz de la cheminée d’une cimenterie de composition variable
sur l’échelle de temps horaire est impliqué dans la conduite des différents essais. La
serpentinite composée d’oxydes de fer et de chrome subit d’abord une séparation
gravimétrique pour en extraire la fraction magnétique. La fraction non magnétique broyée à un
diamètre inférieur à 75 µm est traitée thermiquement pendant 30 min à 650°C pour l’activer
par la déshydroxylation. La poudre est ensuite mise en contact avec de l’eau et le gaz de la
cheminée préalablement refroidi et débarrassé du SOx. La réaction de carbonatation se produit
ainsi à température ambiante en mode cuvée dans un réacteur agité. Suite à celle-ci, une
filtration de la pulpe permet d’obtenir le liquide contenant du Mg2+ et du HCO3- qui sont
précipités dans un autre réacteur. Le MgCO3.3H2O est par la suite décanté et récupéré par
filtration.
Les premières expériences ont permis de vérifier la réactivité du matériel solide traité en
fonction de différentes pressions partielles du CO2 (pCO2). Pour une série de six cuvées de gaz, la