Elaboration, caractérisation et application d’un composite à base de produits marins pour l’élimination d’un polluant (Cu2+)

Abstract

Cette thèse s’inscrit dans le contexte global de la préservation des ressources hydriques à travers le développement de matériaux adsorbants d’origine marine destinés au traitement des eaux contaminées par les métaux lourds, notamment les ions de cuivre. L’objectif principal de ce travail est la valorisation de la biomasse marine locale pour l’élaboration de matériaux fonctionnels performants et durables. La première partie de cette étude est consacrée à la synthèse et à la caractérisation de six matériaux : un charbon actif issu de l’algue brune Sargassum sp., une hydroxyapatite obtenue à partir du test de l’oursin violet Paracentrotus lividus, un composite combinant les deux matrices (1 :1) par co-broyage, présentant une surface spécifique de 340,22 m².g-1 ainsi que leurs formes magnétisées respectives. La magnétisation a été réalisée par co-précipitation d’oxydes de fer afin d’améliorer les processus d’adsorption. Les matériaux élaborés ont été caractérisés par différentes techniques telles que la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF), la diffraction des rayons X (DRX), la microscopie électronique à balayage couplée à l’analyse EDX (MEB-EDX), l’analyse BET et la spectroscopie XPS. Ces analyses ont permis d’identifier la structure, la composition chimique et les propriétés texturales des matériaux, tout en confirmant la réussite des procédés de synthèse, notamment la formation des phases magnétiques. La seconde partie du travail porte sur l’application des matériaux synthétisés dans l’élimination des ions cuivre en solution aqueuse. Les performances d’adsorption ont été évaluées à travers l’étude des paramètres influençant le processus ainsi que par l’analyse des cinétiques, des isothermes et des paramètres thermodynamiques. Les résultats ont montré que le composite magnétique (MCO) présente les meilleures performances d’adsorption avec une capacité maximale de 106 mg. g-1 et un rendement d’élimination atteignant 96,66 %, l’équilibre étant atteint après 150 min à pH=6. L’analyse cinétique a révélé une adéquation avec le modèle du pseudo-second ordre, avec des coefficients de corrélation R² supérieurs à 0,99, tandis que l’étude des isothermes a montré une meilleure corrélation avec le modèle de Langmuir, suggérant une adsorption en monocouche sur des sites homogènes. Une étude de désorption et de régénération a également été menée afin d’évaluer la stabilité et la réutilisabilité des adsorbants. Les essais effectués sur plusieurs cycles ont démontré une bonne conservation des performances, confirmant ainsi la durabilité des matériaux et leur potentiel d’application répétée dans le traitement des eaux. En définitive, ce travail met en évidence la pertinence de l’exploitation des biomasses marines comme sources de matériaux adsorbants écologiques, économiques et performants. Il propose une approche intégrée combinant valorisation des ressources naturelles, procédés de synthèse simples et efficacité environnementale, contribuant ainsi au développement de solutions durables pour la dépollution des eaux contaminées.