CONCLUSION GENERALE
Les principales sources de pollution des eaux par les substances toxiques prioritaires, tels les perturbateurs endocriniens, sont les effluents issus des activités industrielles. Comme la plupart du temps ces substances sont biorécalcitrantes, d’autres modes de traitement sont nécessaires. Le plus souvent, il faut recourir à des techniques novatrices d’épuration. Parmi les divers procédés innovants, nous nous sommes orientés vers celui qui ne requiert aucun ajout de produits chimiques au milieu à traiter. Le choix a été arrêté sur une technique innovante : la dégradation par ultrasons.
Dans ce travail, la destruction sonochimique de deux composés organiques du type alkylphénol a été étudiée. Ces substances, qui sont très utilisées dans l’industrie des plastiques et des détergents, ne peuvent être complètement éliminées par les systèmes classiques de traitement des eaux et leur présence à très faibles concentrations pourraient apporter des perturbations des systèmes endocriniens.
Dans un premier temps, ce travail a porté sur l’étude de la dégradation sonochimique d’une molécule modèle d’alkylphénol, le 4-cumylphénol (4-CyP), dans l’eau. L’effet de différents paramètres opératoires tels que la concentration initiale du 4- CyP, la fréquence, la puissance, la température et le gaz dissous sur la destruction du substrat est examiné. Les résultats obtenus montrent que le rendement de dégradation est inversement proportionnel à la concentration initiale du substrat. La cinétique de dégradation du 4-CyP est influencée par la fréquence des ultrasons. La vitesse de décomposition augmente proportionnellement avec la puissance des ultrasons et la température du milieu. La réaction de dégradation est plus favorable à pH acide. La destruction du 4-CyP en présence des gaz testés est dans l’ordre suivant : argon > air > azote. La dégradation du 4-CyP est inhibée en présence d’azote en raison du piégeage des radicaux libres en phase vapeur dans les bulles de cavitation. La dégradation sonochimique du 4-CyP est clairement intensifiée en présence des ions bromures et cet effet est plus prononcé lorsque la concentration en bromure est élevée. A faibles concentrations en 4- CyP (0,05 mg/L), les ions hydrogénocarbonates améliorent de façon notable la vitesse de dégradation du polluant. Les expériences menées en utilisant une eau naturelle montrent une nette amélioration de la dégradation du 4-CyP par rapport à celle obtenue dans l’eau distillée.
L’objectif de la seconde partie a été d’évaluer l’influence des matrices minérale et organique sur la dégradation sonochimique du perturbateur endocrinien 4-isopropylphénol
(4-IPP) dans l’eau. Les ions hydrogénocarbonates comme matrice minérale et le saccharose en tant que compétiteur organique ont été testés afin d’étudier leur effet sur la cinétique de dégradation sonochimique du 4-IPP. A faible concentration en 4-IPP, la dégradation sonochimique est clairement intensifiée en présence des ions hydrogénocarbonates. Cette intensification est due à la production du radical carbonate formé via la réaction du radical hydroxyle avec l’ion hydrogénocarbonate. La dégradation sonochimique du 4-IPP à faible concentration n’est pas affectée en présence d’un large excès de saccharose. En revanche, en présence des ions hydrogénocarbonates, le saccharose peut réduire la vitesse de dégradation sonochimique du 4-IPP par une réaction de compétition avec les radicaux carbonates formés dans la solution.
La dégradation sonochimique du phénol (Ph), du 4-IPP et de la Rhodamine B (RhB) en solutions aqueuses pour une large gamme de concentrations initiales a également été examinée dans l’objectif d’analyser la cinétique de la réaction de destruction. Les vitesses initiales de dégradation des substrats et la formation de peroxyde d’hydrogène ont été déterminées. Les résultats obtenus montrent que la vitesse de dégradation augmente avec l’augmentation de la concentration initiale du substrat jusqu’à atteindre un plateau, et que la destruction sonolytique est principalement réalisée par une réaction avec les radicaux hydroxyles dans la région interfaciale des bulles de cavitation. La vitesse de formation du peroxyde d’hydrogène diminue avec l’augmentation de la concentration du substrat. Pour des concentrations élevées en 4-IPP, la production du peroxyde d’hydrogène est presque constante. Les données de la dégradation sonochimique sont analysées par les modèles d’Okitsu et al. et de Serpone et al. développés en se basant sur un mécanisme du type Langmuir. Les cinq formes linéaires de l’équation d’Okitsu et al. ainsi que l’analyse par la méthode de régression non-linéaire sont discutées. Les résultats indiquent qu’il n’est pas adéquat d’utiliser le coefficient de détermination de la méthode de régression linéaire pour comparer l’ajustement des courbes. Parmi les cinq expressions linéaires du modèle cinétique d’Okitsu et al., la forme-2 décrit convenablement les données de la dégradation du Ph et du 4-IPP. La méthode non-linéaire d’ajustement des courbes est la plus appropriée pour déterminer les paramètres du modèle. Une excellente représentation des résultats expérimentaux de la destruction de la RhB est obtenue en utilisant le modèle de Serpone et al. L’équation de Serpone et al. donne un mauvais ajustement des données de la dégradation sonolytique du Ph et du 4-IPP. Ces résultats montrent que le Ph et le 4-IPP subissent essentiellement une dégradation à l’interface bulle-solution, alors que la RhB est dégradée à l’interface bulle-solution et dans la solution.
Les résultats de cette étude ont apporté de nouvelles connaissances concernant la dégradation des polluants organiques par la technique sonochimique. Des recherches futures pourront être consacrées au développement et à l’optimisation du procédé à l’échelle industrielle. La validation en termes d’efficacité épuratoire et de coût énergétique sera indispensable pour en faire une alternative aux procédés couramment utilisées.
Dans ce travail, de nombreux résultats ont été interprétés en vue d’expliquer les mécanismes observés; toutes fois, la complexité du sujet et la quantité des voies expérimentales explorées ouvrent un vaste champ de travaux à réaliser pour parfaire la connaissance de ces phénomènes :
essayer d’identifier les sous-produits de la dégradation sonochimique et approfondir les mécanismes de la destruction des molécules testées,
étudier la biodégradabilité et la toxicité des produits de dégradation,
coupler les ultrasons avec d’autres procédés d’oxydation avancés (ozonation, électrochimie, photochimie et photocatalyse) dans l’objectif d’améliorer le traitement.