Thèse Karima Achelhi administration

UNIVERSITÉ MOHAMMED V – AGDAL
FACULTÉ DES SCIENCES
RABAT
N° d’ordre : 2573
THÈSE DE DOCTORAT
En cotutelle avec l’Université Pierre et Marie Curie de Paris
Présentée
Par
Karima ACHELHI
Discipline : Chimie
Spécialité : Matériaux et Environnement
Organo-apatites et nanocomposites zircone-hydroxyapatite
pour le piégeage des métaux
Soutenue le 31 Mai 2012
Devant le jury :
Président :
Ahmed SAOIABI, Professeur à la Faculté des Sciences, Rabat, Maroc
Examinateurs :
Hassan HANNACHE, Professeur à la Faculté des Sciences Ben M’sik, Casablanca, Maroc
Jean-Marie NEDELEC, Professeur à l’Institut de Chimie de Clermont-Ferrand, France
Philippe BARBOUX, Professeur à l’école Nationale Supérieure de Chimie de Paris, France
Abdelaziz LAGHZIZIL, Professeur à la Faculté des Sciences, Rabat, Maroc
Thibaud CORADIN, Directeur de recherche CNRS, Paris, France
Faculté des Sciences, 4 Avenue Ibn Battouta B.P. 1014 RP, Rabat – Maroc
Tel [phone]/38, Fax : [phone], http://www.fsr.ac.ma

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Remerciements
Les travaux présentés dans cette thèse en cotutelle ont été réalisés simultanément
dans le Laboratoire de Chimie Physique Générale à la Faculté des Sciences de l’Université
Mohammed V- Agdal à Rabat et le Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris
Université de Paris VI. La direction de cette thèse a été assurée conjointement par le Dr.
Thibaud Coradin, Directeur de Recherche au CNRS et responsable de l’équipe « Matériaux
et biologie », et le Dr. Abdelaziz Laghzizil, professeur à la Faculté des Sciences de Rabat et
responsable de l’équipe « Matériaux et environnement ». Je tiens à les remercier vivement
pour m’avoir confié ce sujet de thèse et m’avoir orienté durant ces années avec beaucoup de
patience et de professionnalisme. Je tiens à témoigner à mes encadrants de thèse toute ma
gratitude pour avoir suivi mes travaux et d’être omniprésents pour les diriger ; j’exprime
aussi toute ma reconnaissance pour leur disponibilité et leur générosité. Sans leurs
encouragements et aides je ne serai jamais arrivée à ce stade de ma formation.
Je tiens aussi à remercier les directeurs des laboratoires de thèse le Pr. Ahmed Saoiabi,
mon co-encadrant à Rabat et directeur du Laboratoire de Chimie Physique Générale de
Rabat (LCPG) et le Pr. Clément Sanchez, directeur du Laboratoire de Chimie de la Matière
Condensée de Paris (LCMCP), pour m’avoir accueilli au sein de leurs laboratoires et ainsi
pour m’avoir permis de réaliser cette thèse.
Mes remerciements les plus sincères s’adressent au président du jury, Monsieur le
Professeur Ahmed Saoiabi de la Faculté des Sciences, Rabat – Maroc, de m’avoir fait
l’honneur de présider le jury de cette thèse et pour ses précieux conseils et ses discussions
scientifiques intéressantes dans le suivi et la réalisation de mes travaux de recherche.
Je suis sensible à l’honneur que me fait Monsieur Hassan Hannache, Professeur à la
Faculté des Sciences Ben M’sik-Casablanca- Maroc, en acceptant d’être rapporteur de ma
thèse et ainsi me permettre d’améliorer mes travaux de recherche par ses précieuses
suggestions et aussi d’avoir accepté de faire partie du jury de cette thèse. Qu’il trouve ici
l’expression de ma respectueuse gratitude.
Mes remerciements s’adressent à Monsieur Jean-Marie Nedelec, Professeur à
l’Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (France) et membre de l’Institut Universitaire de
France en tant que rapporteur de cette thèse pour l’Université Pierre et Marie Curie et pour
sa présence parmi les membres du jury, afin de juger et améliorer le contenu de ce travail.
Je tiens à remercier Monsieur Philippe BARBOUX, Professeur et responsable des
relations industrielles à l’Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris (France), d’avoir
aimablement accepté de se déplacer afin d’être membre de jury.

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Mes remerciements s’adressent également à toutes les personnes qui m’ont aidé et
participé de près ou de loin, à la réalisation de ce travail :
i) A tous les membres du Laboratoire CPG et du département de Chimie - Rabat
en particulier mes enseignants Hamad, Zrineh et El Yahyaoui et mes collègues du
laboratoire Sanaa, Habiba, Nabih, Sanae, Mohammed, Aicha, et Hajar, qui ont
rendu mes séjours à Rabat si agréables, plein d’encouragements et d’espoirs et de
compréhension.
ii) A tous les membres du laboratoire CMCP (Paris) : S. Masse, C. Roux, G.
Laurent, N. Abdoul-Aribi, M. Selmane et P. Le Griel, qui ont été toujours là pour
m'aider au cours de ce travail. Je leur exprime ma profonde sympathie et je leur
souhaite beaucoup de bien.
Je tiens à remercier les membres de l’UATRS-CNRST, en particulier Messieurs B.
Jaber, K. Anouar, M. Benissa et M
lle
H. Oauddari, pour leur aide technique à la
caractérisation et à l’analyse chimique de nombreux produits présentés dans ce travail.
Enfin, une grande part de mes sentiments les plus chers s’adressent à mes proches
particulièrement à mes parents, mon frère Hicham, ma belle-sœur Narjisse et à ma petite
nièce Yasmine, qui ont joué évidemment un très grand rôle dans cette thèse en me donnant
un environnement idéal dans mon enfance et en m'enseignant les valeurs d'humanité et
d'honnêteté avec lesquels j'ai essayé d'aborder mon travail scientifique. Ils sont cru en moi,
ils m’ont soutenu courageusement tout au long de ces années. J’espère que ce travail leur
témoigne toute ma reconnaissance et mon estime à leurs égards.

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Sommaire
Introduction générale ………………………………………………………………. 12
Chapitre I: Synthèse bibliographique ………………………………………….. 15
I. Généralité sur les polluants métalliques…………………………………………….. 16
II. Les métaux dans l’environnement …………………………………………………. 16
II.1. Les sources métalliques de la pollution des eaux de surface …………………… 17
II.2. Toxicité des métaux lourds ……………………………………………………… 18
II.3. Comportement du métal dans les solutions aqueuses …………………………. 19
II.3.1. Cas des cations divalents Pb
2+
et Zn
2+
…………………………………. 19
II.3.2. Cas du chrome …………………………………………………………... 21
II.4. Aspects physico-chimiques des interactions métal-solide …………………… 24
II.4.1. Précipitation …………………………………………………………….. 24
II.4.2. Complexation …………………………………………………………… 25
II.4.3. Adsorption ………………………………………………………………. 25
II.5. Méthodes de traitement …………………………………………………………. 30
II.5.1. Réduction du chrome (VI) par réaction d’oxydoréduction ……………... 30
II.5.2. Précipitation du chrome ……………………………………………… 30
II.5.3. Adsorption ……………………………………………………………… 31
III. Les apatites et leurs applications environnementales …………………………... 33
III.1. Généralités sur la structure de l’apatite …………………………………….. 33
III.2. Substitution dans les apatites ……………………………………………….. 35
III.3. Propriétés physico-chimiques de l’hydroxyapatite ………………………… 36
III.3.1. Solubilité de l’hydroxyapatite …………………………………………. 36
III.3.2. Origine de la charge de la surface de l’hydroxyapatite……………… 36
III.3.3. Propriétés d’adsorption des apatites…………………………………… 38
III.4. Méthodes de synthèse des phosphates apatitiques…………………………….. 39
III.4.1. Réactions en phase solide………………………………………………. 39
III.4.2. Réactions en phase aqueuse…………………………………………….. 39
III.4.3. Réactions sol – gel……………………………………………………… 40
III.5. Modification et fonctionnalisation de la surface de l’apatite …………………. 41
III.6. Association de l’hydroxyapatite avec des oxydes métalliques………………… 41
IV. Conclusion et présentation du travail de thèse…………………………………… 42