Lixiviation sous eau des composites

Le comportement des composites en lixiviation a été étudié en condition statique dans de l’eau distillée sur des éprouvettes 4x4x16 cm. Pour cela, une cellule de mesure a été spécialement développée. Une cuve, que l’on peut vidanger à l’aide de deux robinets, est reliée à une burette graduée de 5 mL se trouvant à la verticale de l’éprouvette (schémas et photographie Figure 57). Durant l’expérience, la burette est reliée à la cuve contenant l’éprouvette permettant à l’huile, insoluble, de s’accumuler dans la burette. L’eau contenue dans la cuve est vidangée et renouvelée à chaque mesure et la quantité de matière organique contenue dans l’eau est mesurée par Carbone Organique Total (COT).

Figure 57 : Schéma et photographie du montage utilisé pour les mesures de lixiviation sur les éprouvettes 4x4x16 de composites hexadécane/géopolymère

Lors des mesures sur les composites, la présence d’huile dans la burette n’a jamais été constatée. Les résultats de COT sur l’eau vidangée en mg de carbone sont divisés par la masse de carbone présent dans l’ensemble de l’échantillonm. Les pourcentages de carbones lixiviés cumulés ainsi obtenus sont présentés sur la Figure 58.

Pour les composites utilisant le CTAB les mesures de COT sont reproductibles et le pourcentage d’huile lixivié cumulé suit une évolution linéaire en fonction de la racine carrée du temps. Ceci indique un régime diffusif en accord avec le modèle de diffusion d’un réseau poreux infini donnant (René, 2009) :

m _{Déterminée à partir de la formulation du composite et de la masse exacte de l’éprouvette (7.53% de la}

ܬ ൌ ܿ

ξగ௧ Équation 23

Avec J le flux de matière lixivié, c0 la concentration en espèce lixiviable dans le milieu

poral, t le temps et Da le coefficient de diffusion apparent tel que :

ܦ

ൌ

࣎మ Équation 24

Avec D le coefficient de diffusion de l’espèce en milieu homogène, δ la « constrictivité » du réseau, ε le pourcentage de porosité accessible et τ la tortuosité du réseau. Ce type de lixiviation du liquide organique est en accord avec les conclusions du chapitre IV, à savoir qu’il est nécessaire pour le liquide organique de traverser le géopolymère pour s’échapper de la matrice.

Si les différentes constantes ne sont pas connues pour le géopolymère, il nous est possible qualitativement d’estimer l’évolution des constantes de diffusion en fonction de la formulation de la matrice géopolymère. Ainsi, une diminution de la taille des pores et donc du coefficient de diffusion apparent en remplaçant le sodium par du potassium, en diminuant le rapport H2O/Na2O ou encore en augmentant le rapport Si/Al dans la

formulation de la matrice géopolymère (Benavent, 2016).

L’ensemble des carbones organiques présents dans les composites au CTAB appartiennent à des chaines de 16 carbones, nous pouvons donc calculer la quantité de molécules lixiviée en 36 jours par unité de surface, soit 4.6 mmol.m-2 avecun flux de lixiviation égal à 0.77 mmol.m-2_.j-1/2_{. Nous pouvons aussi noter que cette valeur est faible,}

et plus de trois ordres de grandeur inférieure à celles des flux de lixiviation du sodium contenu dans les mésopores du géopolymère (Cantarel et al., 2015) ( Na+ = 1.27 mol m-2.j-

1/2₎n _{alors que les concentrations potentiellement lixiviable sont proches. La solution poral}

du géopolymère possède une concentration en sodium (Benavent, 2016) d’environ 700 mmol.L-1 et 1 litre de composite contient 681 mmol d’hexadécane et 26 mmol de CTAB. La différence de flux entre les ions sodium et les molécules organiques peuvent être expliquée par les résultats du chapitre IV et les caractéristiques du réseau poral discutées par V. Benavent. Nous avons vu que l’hexadécane doit traverser le réseau poral du géopolymère pour s’échapper de la matrice et que ce dernier est identique à celui d’un

n _{Ces valeurs ont été obtenues en utilisant un montage avec un milieu de lixiviation légèrement agité afin}

géopolymère de même formulation. Hors le réseau poral du géopolymère est composée de pores de tailles très différentes qui rendent difficile l’imbibition du réseau par un liquide organique non volatil. De plus les murs aluminosilicates, polaires et chargés négativement, ne favorisent pas un contact avec l’huile apolaire et nous pouvons prévoir une rétention des tensio-actifs ou des micelles cationiques.

Dans le cas des composites avec le L35, les mesures ne sont pas reproductibles. En effet sur un même prélèvement d’eau, soit une quantité importante de carbone est mesurée, soit une quantité nulle ou négligeable. Il semble donc que les molécules organiques ne sont pas dispersées de manière homogène dans le lixiviat. Le comportement des copolymères PEO-PPO-PEO comme le L35 est complexe en phase aqueuse. Ces derniers peuvent s’arranger selon différentes structures (Kozlov et al., 2000, Svensson et al., 2000, Alexandridis et al., 1998), pour certaines de taille importante. Comme les concentrations mesurées en COT sont faibles, il est possible que le manque de reproductibilité des mesures soit dû à la formation de telles structures, certaines étant peu dispersables dans l’eau et formant des flocs (Kaizu & Alexandridis, 2016).

Dans tous les cas, même en considérant les valeurs maximales mesurées pour le L35,

le pourcentage total de matière organique lixiviée en un mois est inférieur à 1% sur une éprouvette 4x4x16.

Figure 58 : Pourcentage cumulé de matière organique lixivié par une éprouvette 4x4x16 de composite hexadécane/géopolymère du temps en jours. Dans le cas du L35, les valeurs

minimales et maximales de chaque mesure sont présentées. Une échelle variant linéairement avec la racine carrée du temps est utilisée.

4. Validation des performances du procédé d’immobilisation avec un déchet