éLIMINATION D'UN COMPOSé ORGANIQUE PAR PHOTOLYSE DIRECTE ET PAR UN PROCEDE PHOTOCATALYTIQUE

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATJQUE ET POPULAIRE MINISTERE _DE L'ENSEIGNEMIENT _SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE

scmNTrr,rQun

\FACULTE ^DES SCIENCIIS EXACTES ET INFORMATIQUE DEPARTI]MENT _DE CHIMIE

M6moire

En vue d'obterrir le dipldme de Master Options : Chimie des Matdriaux

Pr6sent6 par BRIHOIIM _ibtissam

BOUAOTJA nour el houda

Thime

u.l 't---

Devant le jury :

Pr6sident:

Rapporteur:

Examinateur:

Mlle M. KEMEL M.A.B Mme H, BOUCHL,OUKH _M.C.B

N,IT A. CHATERBACH _M.A.A

Universitd de Jijel Universitd de Jijel Universitd _de Jijel

NT,TPTTMTION D'UI{ COMPOSN ONCANIQUE PAR

PHOTOLYSE DIRECTE ET PAR UN PROCEDE PHOTOCATALYTIQUE

<< Promotion ₂₀₁₆ >>

REPUBLIQUE ALGERIENI\IE DEMOCRATIQTIE ET POPULAIRE MIMSTERE DB L'ENSEIGNEN4ENT ST]PERMUR ET DE LA RECHERCHE

scruNTIF.IQUE

FACI]LTE DES SCIENCES EXACTES ET DEPARTEMENT _DE CHIMIE

Memoire .i,:.

En we d'obtenir le diplOme de Master Options : Chimie des Matdriaux

Prr6sent6 par BRIH0UM _ibtissam BOUAOTJA nour el houda

*# ly'

Thime

NT,T*TNVATTON D'UN COMPOSN ONCANIQUE PAR

PHOTOLYSE DIRECTE ET PAR UN PROCEDE PHOTOCATALYTIQUE

Devant le jury :

Pr6sident:

Rapporteur:

Examinateur:

Mlle M. KEMEL M.A.B Mme H. BOUCHL,OUKH _M.C.B

I\4r A. CHATERI3ACH _M.A.A

Universitd _de Jijel Universit6 de Jijel Universit6 de Jijel

,;t-.r.+F

n"t*g, pr6t

f tr'-rrr'lr1 i-;;.rlr f +' ^*5

<< Pronlotion ₂₀₁₆ >>

Remerciement

Au nom de dieu maitre _de l'univers _{et paix} sarut sur notre prophdte < Mohamed >.

Nous remercions enpremier lieu Dieu l,e toutpuissant qui nous a6clm6la _{vie par le savoir}

et nous aaccordf d rdaliser cetravailde fin d,dtude.

ce travail est r6alisd au laboratoire du ddpartement de chimie d l,universit6 _de Jijel.

Nous avons tdmoign6 ici notre respectueuse reconnaissance et remercieront _trds sincdrement d Mme Bouchloukh Hadjira, docteur d l'universitd _de Jijel pour l,int6r6t qu'il a port6 d notre travail.

Nous remerciements vivement Mlle Meriem Kemel pour I'honneur d,accepter pr6sider le jury.

Nous remerciements vivement Mr Abd lEl Ghani Chaterbache qui _acceptd d,examiner _ce mdmoire.

Nous remerciements dgalement tous les enseignants du ddpartement de chimie: Khaled Ammar, Ferkhi Mosbah, Bouzrara f,'airhat.

Nous remerciements tous les membres du laboratoire _de chimie pour leur sympathie qui a permis la rdalisation de ce travail dans une ambiance agr6able.

Fnfin' nous tenons d exprimer notre profbnde reconnaissance d toutes les personnes ayant aid6 de pr6s ou de loin d l'achdvement de cette m6moire.

Un grand merci d nos parents, _nos frdres et smurs pours leurs soutien et encouragemen6.

Merci pourtout

Ibtissam & Houda

Je d6die ce travail aux personnes qui _{sont les} plus chdres sur terre :

-Ma vie maman : HABIBA

-Monpdre : YAZID

Pour leurs sacrifices, leurs encouragements et leurs bont6s de ceurs dont je leurs exprime mon dtemelle gratitude et respect que dieu les gardes d moi.

-A mon frdre et mes scurs : ISLAM, MIiRIEM, WISSAM

Et

-i toute ma farnille que dieu la protdge.

-Tous mes arris qui ne donn6 le courage et d toute les personnes que j'aime.

-Mes enseignants du ddpartement de chimie.

-Atout les gens les plus proches de mon c@ur.

-Merci pour tout.

IBTISSAM

A:

La femme la plus chdre au monde, ma hds chdre mdre.

donnd sans rien recevoir

(Je remercie du font de mon ceur)

la source de tendresse qui a tout

Le plus cher homme du monde, mon pdre (Rahimaho Allah) La source de patience, la volont6, et le courage

(Je remercie du fond _{de mon} ceur)

Mes chers frdres: Abdelhak, Khiredine, _Mohammed, Khaled

Mes cheres s@urs: Wided, Lami4 Azizqsihem, Besma

Mes tontes et leurs farnilles et mes oncles et leurs familles

Mes chdres amies et copines chacune de son nom et en particulier :

Yasmin' Amina Nesrine, MeriernL, Djelila, Hajer,Imen, Racha, Amirq Imen

A ma bindme Ibtissam.

Tous mes colldgues de la promotion _{2ierne anndes master} chimie des matdriaux 2016

Mes enseipants du d6partement de chimie A tous ceux que j'aime

Je dddie ce modeste travail

HOTJDA

Liste des Abr6viations

UV Ultra-violet

K Kelvin

lr'" ^Micromdtre

nm nanomdtre

E 6nergie de quantum

h Constante _de planck

D La fr6quence

J Joule

KJ KiloJoule

C Constantes de vitesse de la lumidre

mol Unit6 de mole

Eg dnergie de band gap

HOMO Orbitale mol6culaire la plus haute en 6nergie Occup6e par au moins un 6lectron

LUMO Orbitale la plus base en dnergie no occupde par un 6lectron

eV dlectronvolt

V Volt

ENH dlectrode normal hyclrogdne

pH Potentiel hydrogdne

pka Constante d'acidit6

L/moVS Litre par mol par seconde

POA ^procdde d,oxydation _avanc6e

K Constant de vitesse

M _Unit6 de concentratrlon Sol- gel _Solution gdlification

oC Degr6 de Celcus

AINS Antiflammatoire non st6roidien pg ll picogramme par litre

NPX _Naproxdne

VUV _Vacuum ultraviolet

DO L,oxygdne _dissous

COD Carbone organique dissous Km 3

Kilometre _cube

EPA L'agence amdricaine pour _ia protection _de L'environnement

cLHp chromatographie riquide d haute performance

DRX diffraction _{des rayons} X

IR _Infrarouge

t Coeffrcient d,extinction molaire

A L'absorbance

C Concentration du rdactif

I intensit6lumineuse _{en sortie}

16 intensit6 lumineuse inLcidente

R2 Coefficient _de corr6lation

l,,no Longueur d,onde maximale

GDOES Glow _Discharge Optical llmission Spectroscopy

A" Angechtron

ASTM American _society for Testing and Materials

l.* _{Longueur d'onde de ra rurnidre} d,excitation

R% Rdflectance diffuse en pourcentage

hu _{L,6nergie du photon incident}

T Tempdrature

n nombre de mole

T% Transmitanse

o nombre d,onde

ECS 6lectrode du calomel saturd

BC _{Bande de conduction}

BV Bande de valence

d ^plectron

h* Lacune 6lectronique (trou positifl

g gralnme

mg/l milligramme _par litre

V1 Volume

L"tc ^La iongueur d,onde de ddtection

As Ac6tonitrile

Co La concentration initiale

Kuoo Constante de vitesse apparent

\n Le temps de demi _ vie

t Le temps

K _Constante d,6quilibre d,adsorption

% Taux de ddgradation

Liste des tableaux

Propridtds physico-chimiqueJOu napro"C,"e

Inde, xation des pics U,r"G

constante cindtique apparer.rtes pour@

constante cindtique apBare@

Constante cindtique apparent

Constantes de vitesse, temps dans ls sys$me (NPlUI.'[iFe2Oa]

constantes de vitesse, temps de demi-vie _et tax aaiminatioo

dans le systdme (NP)VNiFezOy'acide oxalique)

Constantes de vitesse, temps de

dans le systdme (NP)V _{NiFez Osl} ddeoxalique)

Liste des figures

X'igure Titre Page

r.1 Classification des ravonnements 3

r.2

Spectres du soleil entre 300 et 850 nm d la r6solution de 1nm (Donn6es de l'observatoire de haute Provence)

3

r.3 Processus physico-chimiques du ph6nomdne photocatalytique I

t.4 Etape du processus de catalyse hdtdrogdne : (a) we globale, O) ^{vue zoomde}

9 I.5 L'origine de la couleur des o>rydes de fer. t2

t.6 Diagramme de pr6dominance de I'acide oxalique (2.10-' M) 17

r.7 Principales 6tapes d'une synthdse d'un matdriau par voie sol- gel

20

r.8 Structure lin6aire et 3d du naproxdne 2l

[1 ^Principe du spectrophotomdtre llV-visible mono faisceau 24 II.2 Spectrophotomdtre UV-Visible [UV ^{line 9400 (SECOMAM)] 25}

tI.3 Appareillage de la Chromato6paphie liquide d haute performance CLHP (perkin Elmer)

26

TI.4

PH- mdtre< inolab > 27

tr.5 schdma de diffraction de rayons X par une famille de plan (hkl), 0 angle de Bragg

28

TI.6

Appareillage de la spectroscolpie d'dmission optique d d6charge luminescente

30

TT.7 Sch6ma de principe de la GD0ES 31

II.8

Potentiostat de type Solartronl287 pilot6 par un ordinateur en

utilisant le logiciel CorrWare@ 33

ilI.1 Les differentes 6tapes de synthdse sol-gel 35 TII.2 Spectre de diffraction des ra),ons X ^de NiFezOa 36

III.3 La fiche ASTM du produit de r6f6rence 37

III.4 Diffractogrammes de NiFezCtabrul6 et calcind e 600"C ₃₇

ilI.5 Le spectre d'absorption infrarouge de l'oxyde spinelle NiFezO+ 39

III.6 Spectre d'absorption UV de la ferrite de nickel NiFezO+ 40

ITI.7

Spectre de NiFezO4 analys€ par spectroscopie d'6mission optique d d6charge luminescente

4l

III.8

Spectre de la rdflectance diffilse de NizFeOa coffespondant en fonction de )".

42

III.9 Le diagramme 6nerg6tique 43

uI.10 voltamogramme cyclique du complexe NiFe2Oa 44

ilI.lI Courbe d'dtalonnage de NPX analys6e par tIV 45

rII.t2 Courbe d'dtalonnage de NPX analys6e par CLHP ₄₆

III.13

Specte d'absorption UV-visible de NPX (10*M) en solution aqueus€

47

III.14

Evolution du spectre llV-visible d'une solution de NPX (104M)

par photolyse directe

48

III.15

Chromatograrnme CLHP d'rure solution aqueuse de NPX (104 M) (l**r6n:230 nm, 6luant: Ac:VHzO 60/40, flux lml/min)

48

III.16

Chromatograrlme CLHP d'une solution aqueuse de NPX (104M)

irradi6e pendant 60 minutes (i[oet"rtion :23A _{nm, 6luant: Act/HzO}

60140, flux 1ml/min)

49

III.17 ^{Cindtique de} disparition de NPX (10"M) par photolyse 50

III.18 Ddtermination de l'ordre de la r€action 50

m.19 Cindtique de disparition de lrlPx (10-4M) et la cin6tique de formation des photoproduits _sous irradiation solaire pendant 2 heures.

50

III.2O Effet de la concentration de ]WX sur la cindtique de disparition

(uv) ⁵¹

trr.2l D6termination de la constante de vitesse de NPX 5l I[t.22 ^Effet du pH de la solution surr la photolyse de NPX (104 M) sous

irradiation _solaire

<,

III.23 ^Evolution de la constante de vitesse de photolyse de NPX en fonction du PH

52

rtr.z4 Adsorption d 1'obscurit6 d'urre solution du NPX (104 M) sur 1'h6matite

53

m.25 Cindtique de disparition de NPX (10-4M) en pr6sence d'une suspension h6matite (lg/L) sous irradiation solaire

54

m.26 ddternination de l'ordre de la r6action NPXlh6matite ₅₄

rrl.27 Cin6tique de disparition de NPX en pr6sence de l'acide oxalique f,3

III.28 D6termination de l'ordre de l;a r6action de NP)Vacide oxalique 3f,

Itt.29 Cin6tique de disparition de NPX dans le systdme h6matite/acide

oxalique ⁵⁶

m30 D6termination de I'ordre de la r6action de NPXlhdmatite/acide oxalique

56

m3t Influence du pH sur la ddgradiation photocatalytique de NPX 57

ttt.32 ^lnfluence de la concentration de I'hdmatite sur la d6gradation photocatalytique de NPX

58

III.33 Influence de la concentration initiale en acide oxalique sur la photocatalyse hdt6rogdne du l{PX _GIPLC)

59

III.34 ^Influence de la concentrationLde l'acide oxalique sur la cindtique de disparition de NPX en prdrsence d'une suspension d'hdmatite (1g.L-') (uV)

59

III.35 Adsorption du naproxdne (104M; sur le NiFezO+ (lglL) 60

III.36 Chromatogramme CLHP de .naproxdne d I'obscuritf pendant 2 heures

60

III,37 Cindtique de disparition duNPX (104M) en pr6sence d'une suspension de NiFe2O+ (lg.L-t) sous irradiation solaire

6l

III.38 Ddtermination de l'ordre de la r6action 6l rn39 Chromatograillme de NPX aprds 180 minutes d'irradiation solaire 61

III.40 Effet de la concentration de l,liFezO+ sur la cin6tique de disparition de NPX

62

III.41 Etude cin6tique du processus de d6gradation de NPX 62

trt.42 Effet de la concentration de l.liFezO+ sur la cin6tique de

disparition de NPX (104M) en prdsence de I'acidi oxalique (10-3

M) sous irradiation solaire

63

m.43 Influence de la concentration de l'acide oxalique sur la cindtique de disparition dp NPX (104i\4) en pr6sence diune suspension NiFezO+ (1g.L-')

65

trt.44 Cin6tique comparative de la photod6gradation de NPX par diff6rents proc6dds

66

SONIMAIRE

Chapitre I : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE

Ll.La photochimie ... ...'."""""'3 I.l.l.Principe de laphotochimie... ....'."""""""'3

I.1.1.1.Le rayonnement UV ^{et ses} application '... ..""""""'3

I.1.1.2.Les sources lumineuses ..."""5

I.1.2.Absorption de la lumidre ..'...'..'.."'6

I.1.3.R6action photochimique ...6

L2.Laphotocatalyse h6t6rogdne... ...7

L2.l.Catalyseur ... ...7

I.2.2.Laphotocatalyse ... ...'...7

L2.3.Laphotocatalyse hdtdrogdne ... .'...'...'.'...8

I.2.3.L Principe ...'..'...9

1.2.3.2.L'adsorption sur un solide ^.'...9

I.2.4.Applications de la photo catalyse ...'...'..10

L2.4.1.Les semi-conducteus actifs en photocatalyse ...10

I.2.4.2.R6activit6 du radical HO' ... ..'...'.11

I.3.Les oxydes de fer ..'...'...11

I.3.1.L'origine de la couleur des oxydes de fer... ...'....12

I.4.Les principaux proc6dds d'oxydation avanc6s ..'...12

I.4.1.Procdd6 d'o2onation... ..'...13

l.4.l.l.Ozonation (Or) ... ...13

l.4.l.2.Percxonation (Hzozlq) ...'I4 I.4.2. Proc6d6 Fenton (Fez* lHzOz) ^...14

I.4.3.Proc6d6 photo-Fenton 1H2O2/Fe2* /UV; ^...15

I.4.4. Proc6d6 Fe3*/ Oxalate / LfV ... ...,...16

I.S.Les spinelles... ...'....'..17

I.5.1.Les ferrites de spinelles (les ferrites cubiques)....,... ...17

I.5.2.Les diff6rents types de ferrites spinel.les ^...I7

I.5.2.I.Les fenites de spinelles inversr:s ...1g

I.6.Les mdthodes de synthdse des matdriaux ...1g

I.6.1.M6thode sol-gel ..:... ...18

I.6.2.Principe ... _{... i9}

I.7.G6ndralit6 sur le naproxdne ..." ...20

I.7.1.Les propri6t6s physico-chimiques du naproxdne ... ...21

L7.2.Etude de la photo d6gradation du rraproxdne ... _...22

ChapitTe II : MATERIELLEI] ET TECHNIQUES EXPERIMENTALES Il.1.R6actifs utilisds ...23

Il.2.Prdparation _des solutions ...,23

Il.3.Techniques analytiques... ....,....,...24

Il.3.l.Spectrophotom6trie UV/visible ...24

Il.3.1.1.Rappels thdoriques ...,...24

IL3.l.2.Lamesure _de I'absorbance ....,,.... ...24

Il3.1.3.Mdthode expdrimentale de dosage ...25

Il.3.2.Chromatographie liquide d haute performance CLHp _...25

II.3.3. pH-mdtre ...27

Il.4.Technique _de caractdrisation... ...,...27

Il.4.l.Diffraction des rayons X ... ...,...27

Il.4.1.1.Principe.. ...27

II.4.I.2.k1alyse d'un diagramme de difkaction X sur poudre. ...2g II.4.2.Spectroscopie d'dmission optique A ddcharge luminescente... ...2g lI.4.2.l.D6finition ...29

lI.4.2.2.Principe _de fonctionnement _....,2g II.4.3. Spectroscopie infrarouge ... ...31

1I.4.4. Rdfldctance diffuse ...,...32

Il.4.5.Voltampdrom6trie cyclique ...32

Chapitre III : RESULTATS ET DISCUSSION ilI.l.Synthdse et caractdrisations _de NiFe2O4 ...34

U.1.1.Synthdse _de NiFezO+ ...34

IllL2.Caractdrisation structurale des poudres NiFezO+ ...35

IIl.L2.l.Diffraction _{des rayons} X _...36

Ill.l.2.2.Analyse par spectroscopie Infrarouge (IR) ...39

III.1.2.3.Analyse par spectrophotom6trie UV_visible ...40

rrr'l'2'4'Atalyse par spectroscopie d'drmission optique d ddcharge luminescente ...40

Illl.2.5.Analyse par r6flectance diffuse ...,...41

IlI.l.2,6.Analyse par voltamp6rom6trie cyclique.... .,,...43

Ill.2.Photod6gradation _de naproxdne ...45

IIl2.I.Photolyse _de naproxdne en solution aqueuse ....,...45

III.2.1.1.Les _courbes d,dtalonnage ... ...45

a)courbe d'dtalonnage uv ....,...45

b)Courbe d'dtalonnage HpLC ...,.46

III.2.l.2.Spectre UV-visible _de naproxt)ne ... ...46

IIl.2.l.3.Photolyse _{directe de} naproxdne ... ...47

IlI.2.l.4.Evolution des spectres UV_visib1e... ...,...47

IIl2.l.5.Chromatogramme _{CLHP de} nilproxdne ... _...4g IILZ.l.6.Etude _cindtique ,,.,.,.'..',49

III.2,l.6.1.Etude rhermique ..,...4g IlI.2.1.6.2.Cin6tique _de disparition ...,...4g IIL2.1.7.Influence _de la concentration initiale _{de naproxdne} ... _...51

rrr'2'1.8.Influence _du pH ...52

Ill2.2.Photod6gradation _{de naproxdne en} pr6sence de l,hdmatite ... ...52

IIL2.2.1.Etude _de I'adsorption ... ...52

III.2.2.2.Etude photochimique du systdme naproxdne/h6matite ...53

rrr'2'2'3'D€gradation de naproxdne en pr6sence de l'acide oxalique ...54

rrr'2'2'4'Degradation _{de naproxdne en pr6sence} de 1'h6matite et de l,acide oxalique...55

IlI.2.2.5.Facteurs influengant la photocatalyse de naproxdne ...56

a)Influence _du pH initiale ...56

b)Influence _de la concentration initiale en catalyseur ... ...57

c)Influence de la concentration initiale _{en acide} oxalique ...5g III.2.3.Photo ddgradation du naproxdne _en prdsence _de NiFezO4 ... ...59

IIL2.3.1.Etude _de l,adsorption ...59

rrr'2'3'2'Etude du comportement photocrrimique du systdme naproxdne/ NiFe2oa...60

a)Influence de la concentration initiale en cataiyseurNiFe2O 4 ... ...62

III.2.3 .3 .Etude du comportement photochimique du systdme naproxdneAl iF _{e2O al} acide

IIL2.3.4.Facteurs influengant la photocatalyse _de NPXNiFe zO+lacideoxalique .,...63 a) Influence de la concentration initiale en NiFe2Oa dans le systdme (Np)V NiFezO+ /

acide oxalique) ... ...,63

b)Influence de la concentration initiale _{en acide oxalique} dans le systdme (Np)v NiFezO+

I acide oxalique) ...64

Ill.2.4.Comparaison _des photor6activitds _{de naproxdne} ... ...66 CONCLUSION GENERALE

..,,,,,,,,.67 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUS

RESUME

INTRODUCTION _GENERALE

Introduction G6n6rale

Introduction g6n6rale

T ) ^{eau est le principal} constituant des 6tres vivants et l'6l6ment indispensable d toute

lJ forme de vie. Sa disponibilit6 ainsi que son abondance jouent _{un r6le} fondamental dans le d6veloppement et l'6volution des soci6tds. Bien que l'eau soit la substance la plus prdsente sur terre sa quantit6 est estimde d environ 1,34.I0e km3. Elle n'est constitu6e qu,d hauteur de2,53o/o d'eau douce, le reste 6tant de l'eau de mer. Les ²¹³ de cette eau douce sont en outre immobilis6s dans les giaciers et les neiges, il ne reste ainsi _{que 0,6yo} d,eau douce pour couvrir l'ensemble des activit6s humaines [l].

La pollution des eaux est devenue une r6alitd incontestable; d la pollution biologique classique des cours d'eau 1i6e pour l'essentiel aux rejets urbains, s'est ajout6e une pollution industrielle qui n'a cess6 de croitre et de se diversifier depuis le sidcle dernier pour repr6senter de nos jours, _un des aspects les plus d6terminants de la d6gradation du milieu naturel' Le rejet volontaire ou accidentel des composds chimiques _dans l,environnement est une cause importante de pollution _{des eaux} naturelles,

En 7982,I'agence amdricaine pour la protection de l'environnement (EpA) a publid une liste de 129 produits considdrds comme polluants toxiques _et difficilement biod6gradables.

Sur cette liste figure le naproxdne (acicle S(+) 2- (6- methoxy -2- Naphtol - prop6noique), ce composd est largement utilis6 pourr un mddicament et la fabrication des produits pharmaceutiques [2].Il est trds persistant et se retrouvd dans les eaux de surface et de ruissellement, avec parfois de forte concentration de plusieurs microgramme par iitre.

Compte tenu de la toxicit6 de cette _substance et de celle de ieurs sous-produits, leur 6limination des eaux naturelles est une r6e11e n6cessit6. Par consdquent, ia d6pollution des

eaux contamindes par ce composd chimiques s'avdre ndcessaire aussi bien pour la protection _de I'environnement que pour _une 6ventuelle r6utilisation _{de ces eaux.}

Dans le compartiment aquatique, les polluants toxiques se ddcomposent parfois _{par simple} exposition d la lumidre (photo transformation directe), mais bien souvent, la photo d6composition ne s'avdre pas probante, car certains compos6s n'absorbent que faiblement la lumidre' Ces dernidres ann6es des recherches intensives sont consacrdes d l,utilisation des oxydes de fer dans la d6gradation de polluants organiques, pr6sents dans les eaux naturelles' car ils pr6sentent une bonne activite photocatalytique _dans le visible vu qu,ils absorbent la lumidre _du jour jusqu'd _{700 nm ce qui} permet 6videmment l,utilisation des rayonnements solaires comme source d't5nergie gratuite [3].

Introduction _G6n6rale

Dans l'dtude _de l'6limination _de la pollution _{organique dans l,eau,} les proc6d6s physico- chimiques classiques de traitement, telrs que l'ozonation, le traitement par les radiations UV et par l'ozone _{coupl6 d} uv (Procdd6s d'oxydation _{avancde), ainsi} que l,adsorption _{sur le} solide sont largement utilis6s pour l'6limination _des hydrocarbures en g6n6ral dans l,eau.

Le traitement des eaux est indispensable pour la pr6servation de notre environnement. Il

permet de limiter I'impact des diverses pollutions _{li6es d} I'activit6 _humaine.

L'objectif de ce travail _{est de faire} une synthdse sur l'application _{des proc6d6s} d,oxydation avanc6e (PoA) dans le traitement des eaux et des effluents pour l'dlimination _{des polluants} organiques.

Dans ce travail nous nous sommes int6ress6s d l'6tude de la photoddgradation _du naproxdne ; 1'originalit6 _de ce travail repose sur I'utiiisation _d'un minerai naturel Alg6rien

< hdmatite > et la ferrite de nickel _{comme des} catalyseurs dans la degtadation de ce substrat. Cette mdmoire _est organisde en trois _{chapitres :}

Le premier _chapitre est consacrd d une synthdse bibliographique qui pr6sentera bridvement la photolyse _des oxydes _de fer, la mise, en ceuvre et quelques applications de ces oxydes dans la photod6gradation des composr5s organiques. une 6tude bibliographique sur le

naproxdne ainsi que _ces caractdristiques physico-chimiques, ces _{impact sur}

l'environnement et les differentes techniques de son traitement _a dt6 faite 6galement.

Le deuxidme chapitre, d6crira les techniiques analytiques utilis6es au cours de cette 6tude

(uv, HPLC, IR, DRX, ra voltampdromdtrie,...) _{et re type de rdacteur} photochimique.

Le troisiime _chapitre est consacrd d une 6tude d6tailt6e des r6sultats obtenus (caractdrisation _et dtude cin6tique).

Enfin' Nous avons termin6 le manuscrit par une conclusion gdndrale relatant les principaux rdsultats de cette 6tude.

CHAPITRE I

E TUDE B IB I.IO GRAPIII _QUE

Chapitre I _Etude Bibliographique

Ll. La photochimie

La photochimie peut 6tre ddfinie comme la discipline qui traite de l,interaction rayonnement-substrat' Chaque composd organique possdde un spectre d'absorption qui lui

est sp6cifique, avec une longueur d'onde maximale. Cette demidre associde au rayonnement incident correspond di une energie qui permettrait aux moldcules d,accumuler de I'dnergie sous forme 6lectronique. cette moldcule dlectroniquement excitde subirait entre autre _rure transformation chimique. Lorsque la moldcule considdrde n,absorbe pas dans le domaine _des radiations _etudides, on introduit _dans le milieu une autre molecule appelde photo sensibilisateur qui a pour _n"6le de transmettre l'dnergie lumineuse absorbde d

la moldcule cible. Le principe de ces deux procddds est utilise dans l,dlimination des polluants prdsents dans les eaux [4, ^51.

L1.1. Principe _de la photochimie

L1.1.1. Le rayonnement UV et ses application

Les rayonnements ultraviolets _{sont de} phls _en plus utilises _{dans le} traitement _{des eaux,} soit seuls (notamment en ddsinfection), soit combinds avec des oxydants chimiques, _(peroxyde d'hydrogdne et ozone)' ou avec des catallyseurs (principalement dioxyde de titane) ou les deux (rdactif de Photo-Fenton).

200-*00 nm

Rayons X Ondes radio

Figure Ll: Classification _des rayonnements.

Les rayonnements ultra-violets (JV) _{vont de 10 d 400 nm.} cependant, il faut distineuer les

uV proches et lointains _(200-400 nm) des IJV extr€mes (10-200 nm).

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Chapitre I _Etude Bibliographique

Les UV-A correspondent aux longueurs d'onde allant de 315 d 400 nm. Ils reprdsentent 95% des ultraviolets solaires parvenant _d la surface de la terre.

Les uv-B correspondent aux longueurs d'onde allant de 280 d 315 nm. Ils repr6sentent 5%

des UV solaires parvenant d la surface de la terre. Contrairement aux UV-A, leurs effets s'observent ddjd d court terme, puisque ce sont eux qui provoquent I'apparition _{des coups} de soleil.

Les UV-C coffespondent aux longueurs d'onde allant de 200 d 2g0 nm. Ce sont les ultraviolets les plus agressifs , ^{mais ils sont} en principe absorbds totalement d haute altitude, dds qu'ils traversent les regionrs les plus _6lev6es de la couche _d,ozone, et cela mome si la concentration en ozone dans ces rdgions est faible.

Le rayonnement lumineux est ndcessaire d l'excitation du semi-conducteur. La photocatalyse hdterogdne par le Tioz ne poura _avoir lieu que si le rayonnement _est absorbable par celui-ci, _aussi les radiations doivent avoir _une longueur _d,onde inferieure _d 400 nm' Le rayonnement peut-dtre fourni par une source artificielle, tels que les lampes _d vapeur de mercure _(basse, moyenne ou haute pression) ou par une source naturelle, le soleil' Dans le cas des veffes autonettoyants, le TiOz _absorbe les radiations lrV solaires, qui _{sont d} I'origine de la ddgradation photo catalytique des salissures organiques d6pos6es en surface du verre.

Le rayonnement qui nous parvient du soleil est dmis pa.r sa surface extdrieure dont la tempdrature est d'environ 5800oK. A une telle tempdrafure, _40% de I'dnergie _{est 6mise} dans le _domaine visible, c'est-d-dire dans une gamme de longueur d,onde allant _{de 0,4} pm (violet-bleu) _d 0'8 pm (rouge). Le rayonnement infrarouge repr6se nte slvodu rayonnement solaire total 6mis par le soleil et les 5Yo restant du rayonnement sont dmis d l,oppos6 du domaine visible' d des longueurs d'onde plus petites que celles du violet (l,ultraviolet) _[61.

Le spectre solaire _est la disfiibution speckale (en fonction _de la longueur _d,onde ou de la frequence) du rayonnement 6lectromagndtique dmis par le soleil, depuis les rayonnements radio jusqu'aux _rayons X figure I.1. Le rayonnement solaire dirigd vers la terre est en partie absorbd par I'afuosphdre et en partie renvoy6 dans I'espace. seul un specte plus 6troit atteint la surface de la terre figure _I.2.

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Chapitre I

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Etude Bibliographique

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Figure I.2: Spectes du soleil entre 300 et 850 nm d la r6solution de lnm (Donn6es _de I'observatoire _{de haute} proven _ce)

[71.

Les diminutions de I'intensitd du rayorurement solaire e cefiaines longueurs d,onde, par exemple iL 656 nm' sont dues aux 6l6me.nts chimiques prdsents dans l,atmosphdre solaire.

on notera la diminution de l'intensitd regue au sol par rapport d celle mesurde hors atmosphdre.

L'atrnosphdre terreslre produit _d'autres absorptions, par exemple celle d 76a nmdue d I'oxygdne moleculaire _[81.

Ll.l.2. Les _sources lumineuses

La production _de la lumiere _est lide au phdnomene de luminescence d,atomes lourds _{ou de} moldcules _excitdes : les transitions dlectroniques des dtats excit6s vers I'dtat fondamental peuvent s'accompagner par l'dmission _des radiations lumineuses. Les sources lumineuses peuvent 6fre differencides _suivant la mdthode de crdation des dtats excitds dans le matdriau lumineux:

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