thèse - Université de Mascara

RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE
SCIENTIFIQUE
Université de Mustapha Stambouli, Mascara
Faculté des Sciences de la Nature et de la Vie
Département de Biologie
THÈSE
Présentée par
SAFA MESSEAOUDA
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR EN SCIENCES
Spécialité : Sciences de la Nature et de la Vie
Etude de la capacité de rétention et d’élimination des cations
métalliques par des adsorbants naturels.
Soutenue le 19/11/2015 à l’université de Mascara devant le jury :
Président : BOUCHEKARA M. Professeur, Université de Mascara
Examinatrice : DJAFRI F. Professeur, Université d’Oran
Examinatrice : DJAFRI A. Professeur, Université d’Oran
Examinateur : BENYOUCEF A. Professeur, Université de Mascara
Examinateur : LAZOUNI A. Professeur, Université de Tlemcen
Rapporteur : MEDDAH B. Professeur, Université de Mascara
Année Universitaire : 2015/2016

RESUME
Dans cette étude, nous nous sommes proposé d’appliquer le procédé d’adsorption du cuivre, zinc, plomb et
cadmium sur des matériaux naturels. Le matériau adsorbant étudié une diatomite et une scorie volcanique
Algériennes, Ces deux matériaux ont été préalablement caractérisés au moyen de nombreuses techniques
physico-chimiques et spectroscopiques. Les essais d’adsorption réalisés en solutions synthétiques d’eau distillée
en mode batch ont permis de constater que la capacité d'adsorption est influencée par divers paramètres.
Différents modèles de cinétiques (pseudo-premier et second-ordres) et isothermes d’adsorption (Langmuir et
Freundlich) sont appliqués pour l’évaluation de la capacité des matériaux étudiés à adsorber les métaux. D’après
les coefficients de corrélation, nous pouvons conclure que la cinétique d’adsorption est d’ordre 2. Les résultats
obtenus ont montrés que les isothermes obtenues ont une allure du type H qui signifie la prédominance des
interactions ioniques fortes entre l’adsorbant et l'adsorbat. Les isothermes sont bien décrites par le modèle de
Langmuir et Freundlich, les paramètres thermodynamiques obtenus indiquent que la sorption est spontanée (ΔG
< 0). En se basant sur la valeur de capacité d’adsorption maximale, l’ordre de sélectivité des métaux est : Cu2+>
Zn2+> Cd2+ > Pb2+dans le cas de la diatomite et Zn2+ > Cu2+> Pb2+> Cd2+ dans le cas de la scorie. Les résultats
obtenus ont montré l’intérêt pratique de l’utilisation de la diatomite et la scorie Algériennes dans le domaine de
la dépollution des eaux contaminées par les polluants métallifères.
Mots clés | Adsorption, Métaux lourds, Diatomite, Scorie, Cinétique, Isotherme d’adsorption
ABSTRACT
The adsorption of heavy metals (Cu, Zn, Cd and Pb) ions from aqueous solution by Algerian raw diatomite and
scoria was studied. The first stage consisted of the determination of the physical and chemical characteristics of
the two materials. The effect of some experimental parameters was studied by using a technique of adsorption in
batch. The influences of different sorption parameters such as contact pH solution, contact time and initial metal
ions concentration were studied to optimize the reaction conditions. The metals ions adsorption was strictly pH
dependent. The results showed that the retention of the pollutants is very fast where the equilibrium was reached
within the 60 to 120 minutes. The kinetic data were modelled using the pseudo-first-order and pseudo-second-
order kinetic equations. Among the kinetic models studied, the pseudo-second-order equation was the best
applicable model to describe the sorption process. Equilibrium isotherm data were analysed using the Langmuir
and the Freundlich isotherms; the results showed that the adsorption equilibrium was well described by both
model isotherms. The maximum adsorption capacities towards: Cu2+> Zn2+> Cd2+ > Pb2+ for diatomite and
Zn2+ > Cu2+> Pb2+> Cd2+ for scoria. The negative value of free energy change ΔG indicates feasible and
spontaneous adsorption of four metal ions on raw diatomite and scoria. According to these results, the high
exchange capacities of different metal ions at high and low concentration levels given the low cost of the
investigated adsorbent in this work, In conclusion, the Algerian natural diatomite and scoria were considered to
be excellent adsorbents for heavy metals under the experimental conditions of this work.
Key words | Adsorption, Diatomite, Scoria, Heavy metals, Kinetics, Adsorption isotherms.

REMERCIEMENTS
La présente étude a été réalisée au sein de laboratoire de la faculté des SNV
de l’Université de Mascara.
A l’issue de ces six années de recherche, je tiens à exprimer ma vive reconnaissance
aux nombreuses personnes qui ont participées, de près ou de loin, à l’élaboration de cette
thèse.
Mes sincères remerciements s’adressent à Monsieur Boumedienne
MEDDAH, professeur de l’université de Mascara pour l’encadrement, les encourageantes et
pour sa disponibilité et ses orientation qu’il m’a accordés au cours de la réalisation de ce
travail de recherche.
Je tiens à remercier Monsieur Mohamed BOUCHEKARA, professeur de
l’université de Mascara pour m’avoir honoré de présider le jury de cette thèse.
Merci tout particulièrement Madame Fatiha DJAFRI et Madame Ayada DJAFRI
professeurs de l’université d’Oran, qui ont accepté de juger ce travail.
J’exprime ici toute ma reconnaissance envers Monsieur LAZOUNI A.
Professeur, Université de Tlemcen Mascara pour avoir accepté de participer au jury de
cette thèse.
Je suis très reconnaissant à Monsieur le Directeur du Laboratoire Du Ministère du
Pétrole, SANAA, YEMEN pour m’avoir accueilli au sein de son laboratoire et facilité les
analyses au cours de mes séjours de recherche et pour toute sa disponibilité et son aide
précieuse tout au long de mon séjour.
Mes sincères remerciements à tous ceux qui, de près ou de loin, ont contribué à
l’élaboration de cette thèse.

Dédicaces
A mon guide dans ma vie, le symbole de tendresse, et mon
soutien, mon mari
A mes chers parents
Mes chers enfants
A mes frères et mes soeurs
A ma belle famille
A tous ceux qui me sont chers
Je dédie cette modeste thèse

I
SOMMAIRE
Sommaire……………………………………………………………………………………..
I
Liste des figures ………………………………………………………….…………………..
VI
Liste des tableaux ……………………………………………………………………………
XI
Liste des abréviations………………………………………………………………………...
XVI
Introduction générale…………………………………………………………………............
01
Partie I : Etude Bibliographique
I. La pollution des eaux..……………...…………………………………………..…….…..
04
I.1. Introduction………...………………………………………………………………...…
04
I.2. Les sources de la pollution……………………………………………………….....….
06
I.2.1. La pollution naturelle………...……………………………………………………....
06
I.2.2. Source urbaine………………………………………………………………………...
06
I.2.3. La pollution industrielle...…………………………………………………………….
06
I.2.4. Source agricole………………………….…………………………………………….
07
I.2.5. Source microbiologique…………………………..…………………………………..
08
I.3. Les types de polluants……………………………...…………………………………...
08
I.3.1. polluants organiques………..…………………………………………………………
08
I.3.2.Polluants inorganiques………….……………………………………………….…….
10
I.4. Paramètres de pollution des eaux…………………..…………………………………...
11
I.4.1 Les matières en suspension (MES)…………………………………………...……….
11
I.4.2. Les sels minéraux………………..……………………………………………………
11
I.4.3. Les éléments nutritifs………………………………………………..………………..
11
I.4.4. Les micro-organismes………………………………...…………………...………….
12
I.4.5. Les matières colorantes……………………………………………………………….
12
I.5. Pollution de l’eau par les métaux lourds…...………………………………………..….
13