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Contribution à  la valorisation de boues de station d'épuration par l'appréciation d'une nouvelle méthodologie de l'essai au bleu méthylène

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par BEN ABDELMOUMENE Naà¯ma AHED MESSAOUD Leà¯la
Université des sciences et de la technologie d'Oran - Licence 2011
  

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Chapitre 3 DÉTERMINATION DE LA SURFACE SPÉCIFIQUE

1. Introduction :

Le but de ce chapitre est de présenter les techniques analytiques ainsi que les protocoles expérimentaux utilisés. Nous présentons en premier lieu, un aperçu sur la mesure de la mesure de la surface spécifique par la méthode de bleu de méthylène selon la norme NF P 11-300. Ainsi, nous évoquons également, les techniques du dosage de bleu de méthylène, en l'occurrence spectrophotométrie ultraviolet/visible, selon l'approche développée récemment à l'université de Laval.

2. Identification des matériaux utilisés :

2.1. La surface spécifique

Par définition, la surface spécifique (Ss) appelée aussi « Aire massique » représente la surface totale (As) par unité de masse (M) et on l'exprime généralement en m²/g :

Équation 1

On peut éventuellement l'exprimer en surface par unité de volume, soit en (m²/m3 = m-1) (Hillel, 1992), mais ceci est assez rare.

La surface spécifique est une des caractéristiques les plus importantes des sols et des sédiments. Elle a été liée au type et à la quantité d'argile (Tiller et Smith, 1990), à la teneur en eau (Newman, 1983), à la minéralogie des argiles et à la capacité d'échange cationique (De Kimpe et al., 1979; Petersen et al., 1996), à la limite de liquidité (Farrar et Coleman, 1967; Muhunthan, 1991) et à l'angle de friction interne des sols (Moore, 1991). Également, la surface spécifique a été utilisée pour interpréter des caractéristiques physiques telles que les potentiels de rétrécissement - gonflement (Dasog et al., 1988; Fityus et al., 2000.) et la susceptibilité au gel - soulèvement (Rieke et al., 1983). La surface spécifique déterminée à partir de méthodes d'adsorption peut aussi être utilisée pour évaluer les propriétés chimiques de surface telles que l'adsorption des éléments chimiques, des métaux et phosphates dans les sols (Peter et Weber, 1985; et autres) et la capacité de rétention d'eau (Yukselen et Kaya, 2006).

2.1.1. Facteurs influençant la valeur de la surface spécifique (Ss)

Plusieurs facteurs peuvent avoir une influence sur les valeurs mesurées de Ss. La taille, la forme, la composition minéralogique et l'état de surface des grains sont identifiés dans la littérature comme les plus importantes (Bigham et al., 1978; Borggaard, 1982, Schulze et Schwertmann, 1984; Schwertmann et Kämpf, 1985; Feller et al., 1992, et autres). Ces facteurs sont détaillés ci- dessous :

Taille: Si on suppose que les grains sont sphériques et possèdent tous le même rayon (r), ils ont tous la même masse volumique ou densité (ñ). L'équation 1 se réécrit alors de la façon suivante :

Équation 2

Où : Ss est la surface spécifique; As; la surface totale; M, l'unité de masse; V, le volume; ñ, la densité; r, le rayon de particule. On a donc pour la surface spécifique :

Équation 3

Par conséquent, l'équation 3 montre que la surface spécifique (Ss) dépend de la plus petite dimension de la particule: Celle-là croit inversement avec la plus petite dimension de la particule. De plus, plus le rayon (r) est grand plus la surface spécifique (Ss) tend vers zéro. La figure 3.7 illustre mieux ce comportement.

Figure 3 : Influence de la taille de la particule sur la surface spécifique.

Cependant, ce modèle est bien entendu simpliste puisque les grains sont en général ni sphériques, ni de même taille. Mais, en pratique, il doit être clair qu'un matériau composé de petites particules a en moyenne une surface spécifique (Ss) plus grande que celle d'un même matériau composé de grosses particules.

Forme: La figure 3.8 montre également que la surface spécifique (Ss) dépend de la forme de la particule. On peut remarquer que celle-ci a tendance à s'aplatir quand la surface spécifique (Ss) augmente.

Figure 4 : Influence de la forme de la particule sur la surface spécifique

(Santamarina et al., 2001).

Composition minéralogique: La figure 5 présente les différentes valeurs de la surface spécifique (Ss) des minéraux les plus courants. Il est à noter que la montmorillonite possède les valeurs les plus importantes de surface spécifique en comparaison avec tous les autres minéraux.

L'état de surface: L'inspection microscopique a montré des irrégularités de surface en particulier dues aux pores et autres imperfections. Ces irrégularités donnent une surface réelle toujours supérieure à la surface idéale sans imperfections. Les analyses de Tokunaga, et al. (2003), sur les fractions de graviers comprises entre 2 mm et 6 mm, ont montré que la rétention d'eau est fonction de l'état de surface et de la porosité intragranulaire. Ces auteurs ont proposé des chemins de morphologie possibles pour les grains arrondis. La figure 3.9 montre les différents états de surface d'un grain. Les mêmes variétés de morphologies existent aussi pour les grains angulaires. Sur la figure on peut voir que la représentation la plus simple correspond au grain de surface lisse pour lequel la porosité intragranulaire est négligeable. D'autres possibilités incluent des grains à surfaces rugueuses avec une porosité interne importante, ainsi que des altérations superficielles causées par les agents atmosphériques.

Il est donc évident que la surface spécifique comprend des effets combinés des facteurs mentionnés ci-dessus. De plus, comme il existe diverses méthodes pour déterminer la surface spécifique, la procédure de mesure peut aussi avoir une influence importante sur les valeurs mesurées.

Figure 5 : Les différents états de surface de grain (Tokunaga et al., 2003).

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"Aux âmes bien nées, la valeur n'attend point le nombre des années"   Corneille