Cette présente étude a pour objectif, d’une part de valoriser les propriétés de certains matériaux lamellaires peu coûteux dans le domaine de piégeage de polluants toxiques susceptibles d’être présents dans l’environnement et d’autre part, d’utiliser ces matériaux comme des supports pour la préparation des nano-pesticides utilisés comme des systèmes à libération contrôlée des pesticides pour réduire la dissipation de ces substances dans d’autres compartiments de l’environnement. Notre choix s’est porté sur trois types d’argiles ; une argile cationique très répondue dans la nature qu’est la bentonite de Hammam Boughrara (Tlemcen), une argile anionique de synthèse qu’est l’hydrotalcite carbonatée et à titre comparatif, une argile organophile commerciale largement utilisée dans de nombreux secteurs industriels.
La bentonite brute, qui provient du milieu naturel, renferme de ce fait des impuretés qui doivent être éliminées. Elle a été donc purifiée par sédimentations successives à partir d’une suspension d’argile dispersée. La fraction inférieure de 2µm est homoionisée par le sodium, puis lavée plusieurs fois jusqu'à disparition des ions chlorure.
Les études par diffraction des rayons X, spectroscopie IR, MEB, BET et analyses physico- chimiques ont montré que :
La fraction argileuse est constituée essentiellement de beidellite et d’une faible quantité de kaolinite ; sa formule chimique déduite à partir de l’analyse chimique est :
Ca0,008 K0,090 Na0,942[Si7,242 Al0,758][Al3,448 Fe0,187 Mg0,389 Mn0,001 Ti0,003]O20(OH)4.
Sa capacité d’échange cationique est voisine de 1 meq/g, selon que nous utilisons la méthode au bleu de méthylène ou la méthode conductimétrique.
Sa surface spécifique mesurée par BET est 81 m2/g, de même ordre de grandeur que celles de la littérature pour des beidellites sodiques.
Les clichés de microscopie électronique à balayage montrent que l’argile purifiée a une structure bien ordonnée et le mode d’empilement de ces feuillets ressemble à celui observé pour les smectites.
Les argiles modifiées ont été obtenues par l’insertion des espèces minérales (polycations aluminiques notés Al13) ou organiques (cations d’hexadecyltrimethylammonium notés
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matrices élaborées (SM-I et SM-HDTMA) ont montré que l’intercalation des cations Al13 et
HDTMA dans l’espace interfoliaire a bien eu lieu
L’argile anionique Mg-Al-CO3 a été synthétisée par la méthode de coprécipitation à pH
constant de 10 et selon un rapport Mg/Al = 2. Les différentes études de caractérisation ont montré que :
l’argile anionique obtenue correspond bien à un composé à structure hexagonale caractéristique des hydrotalcite avec une bonne cristallinité ;
le rapport Mg/Al déduit de l’analyse chimique du matériau résultant confirme le succès de l’opération de synthèse d’une phase Mg-Al-CO3 de rapport Mg/Al = 2 ;
sa formule chimique est : [Mg0,67 Al0,36 (OH)2]0,12+ [CO32-]0,12 .mH2O;
sa capacité d’échange anionique est de l’ordre de 3,5 mmole/g ;
et possède la propriété de pouvoir se régénérer après calcination et formation d’oxydes mixtes.
L’étude comparative des paramètres d’élimination de Diclofenac, d’Imazamox et de Bispyribac par l’hydrotalcite calcinée montre que :
l’argile Mg-Al-CO3 calcinée est de loin plus efficace que le matériau de départ (Mg-Al-
CO3) ;
les cinétiques d’adsorption des trois espèces polluantes sont rapides et suivent une expression de vitesse de deuxième ordre ;
le pouvoir d’élimination n’est pas dépendant du pH initial de la solution ;
La capacité d’adsorption maximale de l’argile calcinée est d’environ 2,74, 1,80 et 1,29 mmole/g pour le Diclofenac, l’Imazamox et le Bispyribac respectivement ;
La caractérisation par spectroscopie IR de l’hydrotalcite calcinée, traitée par une solution de polluants étudiés, confirme la rétention de ces espèces polluantes par l’apparition de nouvelles bandes caractéristiques des molécules testées sur le spectre de l’hydrotalcite calcinée. L’analyse par DRX confirme que l’intercalation du diclofenac dans l’espace interfoliaire a bien eu lieu. Cependant, pour le Bispyribac et Imazamox la raie de diffraction qui correspond à la distance interfoliaire de l’ordre de 7,7 Å, caractéristique d’une phase Mg- Al-CO3, n’a pas évolué. Ce qui suggère que les herbicides étudiés sont adsorbés sur la
surface externe de l’argile calcinée.
Les résultats obtenus pour l’adsorption des substances Diclofenac, Imazamox et Bispyribac sur les argiles purifiée, modifiées (SM-I et SM-HDTMA) et organophile commerciale (Cloisite 10A) ont montré que :
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les argiles purifiée (SM-Na) et modifiée (SM-I) présentent une capacité d’adsorption presque nulle pour ces substances ;
la modification de l’argile organophile synthétisée augmente sa capacité d’adsorption vis- à-vis ces polluants.
les cinétiques d’adsorption des herbicides sur les argiles organophiles (SM-HDTMA et Cloisite 10A) sont relativement lentes comparativement à la cinétique de rétention de ces substances sur l’argile anionique calcinée (HT-C). Elles suivent une expression de vitesse de deuxième ordre;
le processus d’adsorption des herbicides sur les argiles organophiles dépend du pH de la solution ;
enfin, l’argile organophile commerciale (Cloisite 10A) présente une meilleure efficacité de rétention de l’Imazamox. En revanche, l’argile organophile, élaborée à partir de l’argile locale (SM-HDTMA), son efficacité d’élimination du Bispyribac est bien meilleure.
L’étude de la stabilité et la mobilité de deux herbicides (Bispyribac et Imazamox) insérés dans des matrices argileuses sous forme des systèmes à libération contrôlée montre que les herbicides, sous cette forme matricielle, demeurent stables pendant toute la période d’essai et leur vitesse de libération dans l’eau à partir de ces complexes est lente par rapport à celle des formulations telles que vendues dans le commerce. Ce qui suggère que ces systèmes à libération contrôlée contribuent certainement à la réduction de transfert non contrôlé de ces substances dans l’environnement, au prolongement de leur durée de vie et donc de leur efficacité. Enfin, les résultats de lixiviation des deux herbicides Bispyribac et Imazamox, appliqués sous différentes formulations, dans des colonnes de sol montrent que l’application des deux herbicides sous forme nanopesticides diminue fortement leur quantité lessivée de la quantité initiale appliquée. Ces résultats suggèrent un impact positif de l’utilisation de ces deux herbicides sous forme de formulation à libération contrôlée pour l’environnement, même si, en ce qui concerne les eaux souterraines en diminuant le risque de contamination de ces eaux par infiltration lorsque la réserve en eau du sol est saturée.