83Diffraction des rayons X (DRX)

La diffraction des rayons X est une technique puissante pour l’étude des cristaux à l’état solide. Elle permet d’accéder à leur structure cristalline et d’identifier la nature des phases cristalline et amorphe présentes dans un solide. Le principe de cette technique est basé sur la diffusion des rayons X par la matière. Ce phénomène de diffusion est le résultat d’une interaction entre le faisceau de rayons X et la matière. La propriété cristalline de cette dernière exige des directions privilégiées au faisceau de rayons X incident. Ce phénomène a été découvert par Max Von Laue (prix Nobel en 1914).

Le processus de diffraction des rayons X par la matière est interprété par la loi de Bragg qui consiste à déterminer les directions selon lesquelles les interférences des rayons diffusés sont constructives (pics de diffractions). Cette loi est exprimée par l’équation suivante :

= ( . ) Avec :

dhkl : Distance inter-réticulaire exprimé en Å.

n : Nombre entier correspondant à l’ordre de réflexion.

λ : Longueur d’onde du rayonnement utilisé (nm) lié à la nature de l’anticathode. θ : Angle de diffraction (º).

Dans cette étude, les analyses ont été effectuées sur un diffractomètre de type Philipps X’PERT PANalytical, Almelo, the Netherlands. Le rayonnement incident est engendré par la raie Kα du cuivre (λ= 1,54 Å). La figure IV.4 donne un schéma représentatif du phénomène de diffraction des rayons X.

Figure IV.4. Schéma représentatif du phénomène de diffraction des rayons X (Bentahar, 2016).

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Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF)

La spectroscopie infra rouge mesure l’excitation vibrationnelle des atomes autour des liaisons qui les unissent. Seule la zone centrale de l’infrarouge dont les longueurs d’ondes s’étendent de 2,5 à 16 µm (4000 à 625 cm-1) est habituellement explorée. L’absorption d’une radiation infrarouge aura pour effet de faire vibrer les différentes liaisons chimiques en modifiant les distances interatomiques et les angles normaux de liaisons. On distingue deux modes de vibrations:

- Les vibrations d’élongation (streetching), dites vibration de valences. Elles ont lieu quand deux atomes se rapprochent ou s’éloignent périodiquement le long de leur axe commun. Ces vibrations sont observées habituellement dans le domaine d’énergie élevée. - Les vibrations de déformation (bending) correspondent à une modification de l’angle de liaison. Il y a quatre vibrations possibles (rocking, scissoring, wagging et twisting).

La spectroscopie infrarouge (IRTF) est une technique importante utilisée pour l’identification des groupes fonctionnels caractéristiques de la surface de l’adsorbant. Ces groupes sont souvent responsables des liaisons adsorbant-adsorbat. Concernant notre travail, nous avons utilisé cette technique afin de confirmer la présence de fonctions de surface et d’obtenir des informations sur la structure chimique de N.D, la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) a été enregistrée entre 400 et 4000 cm-1 dans un spectromètre (Shimadzu).

Microscopie Electronique à Balayage (MEB)

La microscopie électronique à balayage (MEB ou SEM pour Scanning Electron Microscopy enanglais) est une technique de microscopie électronique capable de produire des images à haute résolution de la surface d’un échantillon en utilisant le principe des interactions électrons-matière. La caractérisation par la microscopie électronique à balayage permet d’étudier l’état de surface des matériaux par observation directe des diagrammes (images), et d’en déduire le degré de rugosité dela surface. D’après Feng et al., (2010) les micrographes électroniques à balayageindiquent clairement la texture extérieure et la morphologie de l’adsorbant. Le principe du MEB consiste en un faisceau d’électrons balayant la surface de l’échantillon à analyser qui, en réponse,réémet certaines particules qui sont analysées par différents détecteurs permettant ainsi dereconstruire une image virtuelle de l’objet observé par MEB en trois dimensions de la surface. Pourcette étude, La microscopie électronique à balayage (MEB) a été utilisée pour visualiser la morphologie de N.D en

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utilisant un microscope CP Philips XL-3. La figure IV.5 donne une représentation schématique de l’optique en microscopie MEB.

Figure IV.5. Représentation schématique de l’interaction entre un faisceau d’électrons et la

surfaced’un échantillon (Nouacer, 2015).

Mesure de la surface spécifique (BET)

Cette technique est souvent utilisée pour déterminer les propriétés texturales d’un matériausolide, telles que la surface spécifique, le volume poreux et la distribution en taille de pores, en se basant sur le phénomène d’adsorption de gaz ou de vapeur à une température donnée pour un certain domaine de pression. Le principe de cette technique consiste à faire adsorber sur une surface de la substance à étudier, un gaz dont on connait la dimension et l’arrangement de ses molécules. Le gaz le plus utilisé dans cette méthode est l’azote N2 car il ne présente aucune interaction spécifique pendant le processus d’adsorption.

La surface spécifique peut être déterminée à partir de la capacité de recouvrement Vm selon l’équation suivante :

= . . ( . ) Avec

a : Surface occupée par une molécule d’adsorbât.

N : Nombre d’Avogadro.

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Vm : Volume de vapeur nécessaire pour recouvrir entièrement la surface du solide. Selon la méthode traditionnelle de Brunauer, Emmet et Teller ou BET (Brunauer et al., 1938), cette grandeur peut être déterminée par l’équation suivante :

( − )= +

−

× ( . ) Avec

p : Pression d’équilibre de la substance adsorbée.

p0: Pression de la saturation à la température d’adsorption.

V : Volume du gaz adsorbé.

C : Constante caractéristique du système gaz-solide étudié.

Vm et C peuvent être déterminés à partir de la pente et de l’ordonnée à l’origine de la courbe représentant

( )

domaine pour lequel la pression relative est inférieure à 0,30.

La surface spécifique d’une poudre de N.D est estimée à partir de la quantité d’azote adsorbée en fonction de la pression, à la température d’ébullition de l’azote liquide et à pression atmosphériquenormale. Le procédé de mesure par physisorption implique le refroidissement de la surface de la poudre mesurée, en utilisant de l’azote pour adhérer à la surface (adsorption), puis le réchauffement de la surface (désorption). Pour ce travail, La mesure B.E.T de N.D a été réalisée à l’aide d’un appareillage de type Thermo Quest Sorptomatic 1990. La surface spécifique a été évaluée à partir des isothermes d’adsorption-désorption de N2 à 77 K.

IV.2. Préparation des solutions de colorants étudiés

Les colorants choisis dans cette étude sont le Rouge Congo (Biochem) et le Bleu de Méthylène (Labosi Fisher sientific). Unesolution mère de chacun des colorants a été préparée à 1000 mg/L, en dissolvant la quantité requise dans l’eaubidistillée. La solution de colorant expérimentale a été préparée en diluant la solution mère avec un volume approprié d’eau bidistillée. Pour les essais d’influence de pH sur l’adsorption de ces colorants, le pH a été ajusté à différentes valeurs en utilisant l’acide chlorhydrique et la soude à 0,1 M.

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