Oxydation des MO à l’eau oxygénée :

Selon la norme NBN 589-207 § 3, le traitement à l’eau oxygénée consiste à oxyder une masse correspondante à 10 g de sédiment avec un volume équivalent à 50 ml d’une solution à base de 35 % d’eau oxygénée. Le traitement doit être réalisé dans un bain marie à 100 °C

79

Chapitre

2

(Figure 21 (a)). Les 50 ml de solution d’eau oxygénée ont été ajoutés en trois fois : d’abord 10 ml puis 20 ml après 15 minutes et enfin 20 ml après 15 mn (Figure 21 (b)).

Dans cet essai, les 10 g de sédiment ont été traités d’abord avec 50 ml de la solution à base de 35 % d’eau oxygénée. Différents phénomènes ont été observés après chaque ajout de H2O2 :

- Ebullition du sédiment traité ; - Dégagement de CO2.

Dix échantillons du sédiment ont été traités avec différentes quantités de solution à base de 35 % d’eau oxygénée (50 ml, 100 ml, 150ml, 200 ml, 250 ml, 300 ml, 350 ml, 400 ml, 450 ml, 500 ml). Une fois l’oxydation achevée (pas de dégagement de CO2), les échantillons oxydés ont été séchés dans une étuve à baisse température (40 °C) pour éliminer l’eau et pesés après séchage. La teneur en MO des échantillons est déterminée selon l’Équation 4 :

𝐌𝐎 (%) =^(𝐦𝟎 − 𝐦_𝟏 )

𝒎_𝟎 × 𝟏𝟎𝟎 Équation 4 La Figure 22 illustre les résultats obtenus :

(a) (b)

80

Chapitre

2

Selon les résultats obtenus (Figure 22), nous observons une augmentation des pertes en masse (perte en teneurs en MO) avec l’augmentation des volumes de H2O2 utilisés pour l’oxydation des MO. Après l’ajout de 500 ml d’eau oxygénée, une baisse d’environ 2,5 % par rapport à la teneur en MO initiale du sédiment est notée. A titre comparatif, un traitement à l’eau oxygénée a été appliqué sur le compost (Figure 23). Au vu de la teneur en MO initiale du compost, le traitement à l’eau oxygénée semble plus efficace. Nous obtenons après utilisation de 500 ml d’eau oxygénée une perte de masse d’environ 13,5 % (la perte de masse est 5 fois plus importante que celle enregistrée sur le sédiment). Cette différence d’efficacité du traitement nous mène à supposer que l’efficacité de l’eau oxygénée dépend de la teneur en MO initiale et aussi du type des MO.

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 0 10 20 30 40 50 60 Pe rt e en m a sse %

Volume H2O2/ Masse sédiment (ml / g)

Figure 22 : Oxydation des MO du sédiment avec l’eau oxygénée.

0 5 10 15 20 25 30 0 20 40 60 80 100 120 Pe rt e en m a sse %

Volume H₂O₂/ Masse compost (ml / g)

81

Chapitre

2

3.1.1.1. Analyse du traitement H2O2 sur la phase minérale du sédiment :

Pour étudier, d’une part, l’impact de ce traitement sur la phase minérale du sédiment et d’autre part, la correspondance entre le pourcentage de la perte de masse après oxydation et le taux de dégradation des MO contenues dans le sédiment, trois autres essais complémentaires (Analyse thermogravimétrique, DRX et la spectrométrie de fluorescence par rayon X) ont été effectués sur le sédiment. Ces essais ont été appliqués sur deux types de sédiments :

- Sédiment brut ;

- Sédiment traité avec l’eau oxygénée (concentration de 35 %).

3.1.1.1.1. Analyse Thermogravimétrique (ATG) :

L’analyse thermogravimétrique (ATG) nous permet de suivre la perte en masse d’un composé en fonction d’un cycle thermique de chauffage jusqu’à 1000 °C ou plus.

Cet essai a été réalisé dans le but d’observer les phénomènes générés dans les différentes formes du sédiment pendant le cycle thermique de 105 °C à 1000 °C. Les résultats de l’analyse ATG sur le sédiment brut et le sédiment traité sont illustrés sur la Figure 24 et la Figure 25.

82

Chapitre

2

Pour le sédiment brut (Figure 24), on remarque :

 Une déshydratation : Perte de l’eau absorbée vers 100 °C ̶ 300 °C ;

 Une détérioration très importante de carbone organique correspond selon la littérature scientifique [33], [102]–[104] à la détérioration des MO entre 300 °C et 500 °C ;  Dégagement du dioxyde de carbone CO2 et décomposition de la phase calcite entre

650 °C et 750 °C.

Pour le sédiment traité à l’eau oxygénée (Figure 25), on remarque :

 Une déshydratation plus importante que celle observée sur le sédiment brut : perte de l’eau absorbée entre 100 °C et 200 °C. Ceci est dû au traitement à l’eau oxygénée.  Détérioration de carbone organique entre 300 °C et 550 °C : elle est moins importante

que celle du sédiment brut (varie entre 2 % et 3 %).

 Dégagement du dioxyde de carbone CO2 et décomposition de la phase calcite entre 550 °C et 760 °C : le dégagement de CO2 et la décomposition de la phase calcite ont été plus importants que ceux du sédiment brut, c’est probablement le traitement à l’eau oxygénée qui a attaqué les substances humiques. D’après Reddy et Hoch [105] la présence des substances humiques empêche ou ralentit la décomposition de la phase calcite.

83

Chapitre

2

En comparant la Figures 24 à la Figures 25, nous observons qu’il y a une différence au niveau des éléments dégagés ou détériorés entre le sédiment brut et le sédiment traité :

- Dans le sédiment traité, la détérioration de carbone organique et la déshydratation ont été moins importants que dans le sédiment brut, ceci peut être interprété par le fait que les MO ont été préalablement détériorées suite au traitement.

- Un changement de pente aux alentours de 600 °C (température de fusion de la dolomite d’environ 610 °C [22], [33]). La masse du carbone minéral est liée à la perte de masse mesurée entre cette température et la phase de stabilisation. Les pourcentages de carbone minéral pour les échantillons examinés sont calculés entre 610 °C et le point de stabilisation (Tableau 11).

Tableau 11 : Valeurs du carbone minéral du sédiment brut et le sédiment traité.

Les valeurs de carbone minéral du sédiment brut et du sédiment traité sont comparables. Ce résultat permet de comprendre que la composition minéralogique du sédiment n’a pas été modifiée suite au traitement. Néanmoins, une vérification détaillée avec les essais adéquats (DRX, FX) est nécessaire.

3.1.1.1.2. Diffraction aux rayons X :

Cet essai consiste à déterminer les minéraux par diffraction aux rayons X, en utilisant un diffractomètre muni d’un monochromateur à anticathode de cuivre qui sert à émettre la radiation Kα du cuivre. En se référant à la loi de Bragg, cet essai utilise la propriété de la diffraction d’un faisceau monochromatique de rayons X par les plans réticulaires.

Le traitement à l’eau oxygénée réagit probablement sur la phase minérale du sédiment traité. Pour vérifier cela, une diffraction aux rayons X a été effectuée sur le sédiment brut et le sédiment traité (Figure 26).

Paramètre Sédiment brut Sediment traité

84

Chapitre

2

L’analyse des diffractogrammes met en évidence la présence de Quartz (phase dominante), de Calcite et d’Hematite comme principales phases dans les deux sédiments. Une légère diminution d’intensité des piques de Quartz (Q) et de Calcite (Ca) dans le sédiment traité à l’eau oxygénée par rapport à celle du sédiment brut. Cette légère différence peut être le résultat :

- D’une hétérogénéité dans la composition minéralogique de la phase minérale des échantillons analysés.

- De l’interaction entre la phase minérale et l’eau oxygénée.

3.1.1.1.3. Spectrométrie de fluorescence des rayons X :

La spectrométrie de fluorescence des rayons X permet de déterminer la quantité d’éléments chimiques présents dans les matériaux. Le spectre des rayons X émis par la matière est caractéristique de la composition de l’échantillon, en analysant ce spectre, on peut en déduire la composition élémentaire, c’est-à-dire les concentrations massiques en élément.

Le Tableau 12 présente les résultats de la spectrométrie de fluorescence des rayon X. Les principaux éléments constituants la phase minérale des sédiments étudiés sont l’oxygène, le silicium et le calcium, ce qui est en concordance avec les constituants minéralogiques identifiés par l’essai de la diffraction aux rayons X.

0 50000 100000 150000 200000 250000 5 15 25 35 45 55 65 75 85 Q Q Q Q ^Q Q _QQ Q Q Q Ca He M He He _Ca Ca Ca _He Q Ca : Calcite Q: Quartz He: Hematite M: Muscovite Sédiment brut Sédiment traité M M M M CaHe Q M^CaM _HeQ Q Q _{Q QQ} Q Q He Ca Ca M

85

Chapitre

2

Le sédiment traité avec l’eau oxygénée présente une proportion en oxygène plus importante que celle présente dans le sédiment brut. D’autre analyses confirment cette augmentation de la proportion de l’oxygène dans le sédiment traité et permettent de faire lien avec la diminution en carbone total dans le matériau. Les autres éléments confirment les observations faites à la diffraction aux rayons X, c’est-à-dire, une dominance de trois éléments, à savoir : Si, O, et Ca. Pour les éléments minimes, il est très délicat d’en tirer des conclusions.

Tableau 12 : Résultats des analyses FX sur le sédiment brut et le sédiment oxydé.

Les résultats d’oxydation des MO avec l’eau oxygénée et les essais complémentaires effectués sur les sédiments ont montré que cette méthode présente plusieurs inconvénients :

- En raison des volumes très conséquents de H2O2 utilisés pour une baisse moins importante de teneur en MO (2,5 %) ;

- L’impact de traitement sur les phases cristallines du sédiment. Elément Sédiment brut Sédiment traité

C (%) 7,56 5,66 O (%) 46,66 48,10 Na (%) 1,38 1,10 Mg (%) 0,92 0,90 Al (%) 3,23 3,60 Si (%) 21,80 19,50 P (%) 0,09 0,18 S (%) 1,20 1,60 Cl (%) 1,29 1,00 K (%) 1,10 1,10 Ca (%) 10,53 12,30 Ti (%) 0,18 0,18 Mn (%) Traces Traces Fe (%) 3,60 4,30 Cu (%) Traces Traces Zn (%) Traces Traces Br (%) Traces Traces Sr (%) Traces Traces Zr (%) Traces Traces Ba (%) Traces Traces Pb (%) Traces Traces Total 99,54 99,52

86

Chapitre

2