Définitions des termes rencontrées dans la littérature

Les termes désignant les mécanismes de la biosorption qui sont utilisés dans la littérature n‟ont pas toujours une signification évidente, et ce, souvent par un manque de définitions précises (Gadd, 2009 ; Robalds et al., 2015). Il est donc apparu nécessaire, avant de procéder au classement des phénomènes qu‟ils désignent, de définir chacun d‟entre eux.

1.1.1. Absorption

L‟absorption correspond à l‟incorporation d‟une substance, dans un état donné, à l‟intérieur d‟une autre substance, dans un état différent. L‟exemple le plus courant est celui d‟un liquide absorbé par un solide (Gadd, 2009).

1.1.2. Adsorption

L‟adsorption représente l‟adhésion ou la liaison, qui s‟établit entre une espèce en phase liquide ou gazeuse et la surface d‟un composé solide. Certains auteurs (Fomina et Gadd, 2014), la classe comme un phénomène à deux dimensions (en surface), contrairement à l‟absorption qui se déroulerait sur trois dimensions (en profondeur dans la matrice). Cependant, la notion de double ou triple dimension peut ici être équivoque notamment dans le cas de la présence de pores à la surface du sorbant. En effet, comment considérer l‟adhésion des molécules ou des ions sorbés à l‟intérieur des pores du sorbant ? Le mot « incorporation » dans la définition de l‟absorption joue ici un sens fondamental. Ainsi, si la molécule ou l‟ion adsorbé est encore en contact avec le milieu (liquide le plus souvent) duquel il provient, il s‟agira d‟adsorption puisqu‟il n‟y aura pas d‟incorporation. Ce sera donc le cas pour les matrices sous forme de particules poreuses : la surface à l‟intérieur des pores sera considérée comme un continuum de la surface présente à l‟extérieur de la particule.

1.1.3. Physisorption

La physisorption est définie comme un phénomène strictement dépendant des forces physiques de surface incluant l‟ensemble des forces électrostatiques. L‟énergie de la

physisorption est reportée comme se situant entre 2 et 40 kJ mol^-1 (Kotrba et al., 2011). Srivastava et Goyal (2010) ajoutent que le processus est réversible, non spécifique, et qu‟il peut conduire à une sorption multicouche du moment que les forces impliquées sont suffisamment fortes pour agir à distance.

1.1.4. Interactions électrostatiques : échange d’ions et forces de van der Waals

Les interactions électrostatiques peuvent être définies comme les forces et les énergies résultant de la charge d‟un soluté, lorsque celle-ci n‟est pas neutre ou qu‟elle possède une distribution asymétrique (Gilson, 1995). Myers (1991) en distingue de nombreux types, mais note toutefois la prédominance de quatre d‟entre eux.

Le plus couramment décrit est celui des interactions coulombiennes (ou interactions ioniques), qui sont impliquées dans le mécanisme d‟échange d‟ions. L‟échange d‟ions est un mécanisme dans lequel les ions d‟une certaine charge contenus dans une solution (par exemple, des cations), sont éliminés de cette solution par adsorption sur un matériau solide (l‟échangeur d‟ions), pour être remplacés par une quantité équivalente d‟autres ions de même charge émis par le solide. Les ions de charges opposées ne sont pas affectés (de Dardel, 1998).

Les trois autres forces résultant d‟interactions électrostatiques sont généralement décrites sous le terme de « force de van der Waals ». Deux d‟entre elles impliquent des dipôles dits permanents ou induits. Elle ne représente qu‟une faible part des interactions existantes par rapport au dernier type appelé « force de London-van der Waals » ou « force de dispersion de London » (Myers, 1991).

1.1.5. Chimisorption

Selon Kotrba et al. (2011), la chimisorption est définie comme un processus spécifique qui fait appel à des forces de valence, dont l‟intensité est plus grande que les forces impliquées dans la physisorption (20 – 900 kJ mol-1) et dont la nature est similaire à celles opérant lors de la formation de composés chimiques. La complexation et la chélation sont des exemples de chimisorption. Les auteurs indiquent par ailleurs que la chimisorption agit à de faibles

Nicolas Genevois | Thèse de doctorat | Université de Limoges | 2016 8

distances (0,1 - 0,2 nm). Srivastava et Goyal (2010) et Gadd (2009b) donnent la même définition de la chimisorption à cela près qu‟ils y incluent l‟échange d‟ions. Cette classification ne semble pas pour autant pertinente puisque ces auteurs indiquent dans le même temps que la chimisorption est un processus irréversible contrairement à l‟échange d‟ions qui est un processus réversible.

1.1.6. Complexation et coordination

Complexation et coordination sont deux termes désignant le même phénomène, mais qui pourtant font régulièrement, dans la littérature, l‟objet de distinctions laissant à penser qu‟il s‟agit de mécanismes différents (Robalds et al., 2015).

Kotrba et al. (2011) définissent la complexation comme la formation d‟une espèce par l‟association de deux ou plusieurs espèces. Selon les mêmes auteurs, l‟une de ces espèces peut être une entité métallique qui occupe généralement une place centrale dans le complexe, et on parle alors de « complexe métallique ». La coordination est définie par (Srivastava et Goyal, 2010) comme la combinaison de cation avec des molécules ou anions contenant des doublets non liants. Ainsi, la coordination, c‟est-à-dire le partage d‟un doublet non liant par un atome donneur, est le mécanisme amenant à la formation d‟un complexe. L‟expression « complexe de coordination » est également employée.

Parfois, certains complexes identifiés comme étant polynucléaires possèdent plus d‟un atome central métallique. Ces structures peuvent posséder une charge globale positive, négative, ou être neutre suivant la nature et le nombre d‟atomes concernés (Kotrba et al., 2011).

1.1.7. Chélation

Le mot « chélation » vient du mot grec chele qui signifie « pince ». Il est défini comme la liaison forte d‟un ion métallique avec une molécule organique appelée ligand (Srivastava et Goyal, 2010). Le ligand comporte deux ou plusieurs groupes fonctionnels donneurs d'électrons, qui, lorsqu'ils sont placés dans une conformation leur permettant d'interagir avec l‟ion métallique, l'emprisonnent. L'élément se trouve ainsi pris entre les pinces de la molécule

organique. Il est dit chélaté et le ligand s'appelle chélateur. Autrement dit, il s‟agit d‟une complexation avec au moins deux groupes fonctionnels donneurs. Plus le nombre de ligands est important, plus la chélation est stable (Allain, 2000). Kotrba et al. (2011) notent que parfois, le terme ligand est utilisé pour désigner, à tort, les atomes donneurs d‟électrons au lieu de la molécule dans son ensemble. Les auteurs suggèrent pour éviter toute ambiguïté de parler plutôt « d‟atome ligand » ou « d‟atome donneur ».

1.1.8. (Micro)précipitation de surface

La précipitation de surface est parfois appelée microprécipitation à cause de son caractère localisé. Elle est observée lorsqu‟en solution l‟attraction des ions vers la surface d‟une phase solide entraîne une augmentation locale de la concentration au-delà du produit d‟activité ionique de précipitation, menant alors à la précipitation d‟une nouvelle phase à la surface du solide. La précipitation de surface est généralement un mécanisme lent, de durée variable, de quelques heures à plusieurs mois (Badot et Crini, 2007). C‟est un phénomène communément rencontré lors de la capture de métaux par les bactéries (Kotrba et al., 2011).