Etude d'un traitement combiné bio-physico-chimique pour la ...

Gendrault Derveaux Sophie

Sujets

• Colonne humide
• Concentration de contrainte
• Essai mécanique
• Adaptive Differential Pulse Code Modulation
• Cellules parafolliculaires
• Nanoparticule

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• Publié par: Utti
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Extrait

ETUDE EXPERIMENTALE ETUDE EXPERIMENTALE 78 Thèse S.GENDRAULT 2004 ETUDE EXPERIMENTALE Etude du support d’adsorption :Ecorce de pin I. Etude du support d’adsorption : l’écorce de pin « Pinus pinaster » I.1 Origine et répartition Le pin maritime (Pinus pinaster) se rencontre près des côtes atlantiques et méditerranéennes, en Espagne, en Italie, au Maroc mais plus particulièrement au Portugal dans les régions du centre et du nord, et sur côtes atlantiques du sud ouest de la France. La Figure 1 représente l’occupation de Pinus pinaster en Europe et Afrique du Nord. Figure 1 : Distribution de Pinus pinaster en Europe et en Afrique du Nord (Ratola, 2002) Au Portugal, le pin maritime représente 31% des espèces rencontrées en forêt ; mais aujourd’hui le nombre de pins maritime décroît régulièrement en faveur de l’eucalyptus. La Figure 2 représente la répartition des espèces peuplant les forêts portugaises. Autres feuillus Autres 3% résineux Chêne vert 1% 14% Pinus pinaster Chataigner (maritime)1% 31% Eucalyptus Pinus pinea 21% (parasol) 2% Chêne faginé Chêne liège ou rouvre 23% 4% èmeFigure 2: Répartition des espèces forestière du Portugal (Inventaire National des forets – 3 édition, 1998) 79 Thèse S.GENDRAULT 2004 ETUDE EXPERIMENTALE Etude du support d’adsorption :Ecorce de pin En France, le pin maritime également appelé pin des Landes, est implanté dans la région du sud- ème ouest depuis l’antiquité ; il fut cultivé de manière intensive à partir du XIX siècle afin d’enrayer le phénomène d’ensablement de la côte landaise et d’assainir les zones marécageuses. Aujourd’hui, il recouvre près d’un million d’hectares et constitue l’une des essences forestières les plus importantes de France. Pinus pinaster est un résineux de 20 à 30 mètres de haut, au tronc flexueux, à la cime peu compacte et à l’écorce brun-rouge (figure 3). Figure 3 : Ecorce de pin Pinus pinaster Au Portugal le pin maritime, dit « pinheiro bravo », représente la principale source de matière première pour les scieries, qui représente près de 70% de la production totale de bois. (Ratola, 2002). Le Portugal produirait chaque année 6 millions de mètres cube de bois de pin (Ratola,2002). En 3considérant que 1 m de bois sec produit 100 kilos d’écorce, 600 000 tonnes d’écorce pourraient être disponibles annuellement (Fradinho et al., 2002). Ainsi, l’écorce en tant que matériau abondant et gratuit (déchet de l’industrie du bois) représenterait une source valorisable intéressante. I.2 Chimie générale des écorces Les écorces sont, en général, constituées d’une fine couche intérieure (phloem) et d’une couche externe (rytidom) séparées par une couche intermédiaire (periderm). L’épaisseur de l’écorce varie en fonction de l’espèce de l’arbre et de son âge. Les parois cellulaires qui constituent le phloem sont principalement riches en amidon, en acides gras et en tanins. Les résines circulent quant à elles, à l’intérieur de minuscules canaux. Le periderm est composé de trois couches dont l’épaisseur varie avec l’espèce. La liste des composés rencontrés dans l’écorce est très longue ; on peut cependant citer les principales familles de composés qui sont : les hydrates de carbone (cellulose, hemicellulose), les 80 Thèse S.GENDRAULT 2004 ETUDE EXPERIMENTALE Etude du support d’adsorption :Ecorce de pin pectines, les lignines, la subérine, les terpènes (flavonoïdes, salicines, tanins, stilbènes et autres), et des poly-flavonoïdes. La composition des lignines des écorces de conifères reste mal connu à cause de la difficulté qu’il existe à isoler celles-ci sans contamination par des impuretés phénoliques. Cependant quelques études suggèrent des structures particulières et indiquent que les lignines de l’écorce sont bien différentes des lignines du bois ; elles contiennent notamment plus d’acides dicarboxyliques et moins d’acide 3-4-dimetoxibenzoïque, éther diaril et dimères biphényl. D’autre part, des acides dicarboxyliques ainsi que des acides gras libres (acide béenique, acide lignocérique, et phérulique) ont été identifiés comme constituants des cires d’écorce, ainsi que de petites quantités d’acides gras insaturés et des résines acides. La subérine de l’écorce serait un complexe formé principalement par des hydroxyacides gras. Des acides phénoliques sont également présents dans cette composition. Certains hydroxyacides gras seraient unis entre eux par une liaison ester. D’après ce qu’on connaît sur la chimie de l’écorce, on peut considérer que l’écorce pourrait être utilisée comme matrice « échangeur d’ions ». Le contenu important de groupes fonctionnels, principalement la présence de groupes hydroxyles, carboxyliques et phénoliques, rend l’écorce intéressante pour des fixations ioniques. I.3 Caractéristiques physico- chimiques de l’écorce de pin Différentes études menées dans divers domaines (Ramirez Lopez, 2001 ; Vazquez et al 1994 ; …)sur l’écorce de pin ont permis de mettre en évidence les caractéristiques physico-chimiques générales de l’écorce de pin Pinus pinaster. Des analyses supplémentaires ont été réalisées dans le cadre de notre étude. L’écorce de pin utilisée dans cette étude provient d’une scierie du nord du Portugal. Elle nous a été livrée sous forme brute, n’ayant subi aucun traitement préalable (morceaux d’environ 10 cm de long sur 4 cm de large). 81 Thèse S.GENDRAULT 2004 ETUDE EXPERIMENTALE Etude du support d’adsorption :Ecorce de pin I.3.1 Caractéristiques physiques La surface spécifique de notre matériau, le volume de pore et la taille des pores ont été déterminés à l’Institut de Recherche en Catalyse (CNRS, Villeurbanne) selon les méthodes BET, Single Point, t.Plot et BJH. I.3.1.1 Principe de la méthode BET Les surfaces spécifiques du matériau ont principalement été obtenues par application de la théorie de Brunauer, Emmett et Teller (BET) aux isothermes d’adsorption d’azote à 77°K. La théorie repose sur l’hypothèes d’une adsorption multimoléculaire due à des liaisons faibles du type Van der Waals. L’énergie d’adsorption d’une molécule sur la surface est différente de celle d’une molécule située sur la deuxième couche. Le calcul permet d’établir l’équation BET de l’isotherme d’adsorption : P P 1 C −1 P0 = + P V .C V .C PV (1− ) m m 0P0 où : V : volume de gaz adsorbé à la pression relative P/P 0 V : volume de gaz nécessaire pour couvrir la surface d’une monocouche m C : facteur proportionnel à la différence entre l’énergie d’adsorption de la première couche et l’énergie de liquéfaction P P0Pour obtenir la surface spécifique, on porte en fonction de P/P . La courbe théorique est 0PV (1− )P0 C −1 1 une droite de pente et d’ordonnée à l’origine . V .C V .Cm m En pratique la courbe est linéaire que pour l’intervalle de pression relative P/P compris entre 0,05 et 0 0,35. La surface spécifique est calculée à partir de la valeur V déduite de la transformée linéaire m BET. I.3.1.2 Principales caractéristiques La masse volumique apparente (ρ ), la masse volumique réelle (ρ ) ainsi que l’indice de vide (ε ) ont app re 0 été déterminés sur la poudre d’écorce de pin de diamètre d inférieur à 200 µm. 82 Thèse S.GENDRAULT 2004 ETUDE EXPERIMENTALE Etude du support d’adsorption :Ecorce de pin La masse volumique apparente (ρ ) de la poudre d’écorce a été déterminée par remplissage d’un app récipient de volume connu (Vt) avec le matériau en question, tassé de la même manière que pour les expériences en colonnes. La masse volumique réelle (ρ ) a été déterminée après remplissage d’eau des lits d’écorce de pin re ainsi formés. Le volume d’eau utilisé était le volume de vide (V ) accessible à l’eau, on a : v m mρ = et ρ = re app V −V Vt v t Avec : m : masse de l’échantillon dans le récipient (kg) 3 V : volume total du récipient (m ) t 3 V : volume de vide (m ) v 3ρ masse volumique réelle (kg/m ) re 3ρ : apparente ) app La porosité totale (ε) adimensionnelle est donnée par l’équation : Vvε = Vt Les principales caractéristiques physiques de notre écorce sont présentées dans le Tableau 1. Tableau 1 : Caractéristiques physiques de l’écorce de pin (d<200 µm) PARAMETRE ECORCE Pinus pinaster 3Masse volumique apparente ρ 416 kg/ m app 3559 kg/m Masse volumique réelle ρ re 0,59 Indice de vide ε 2Surface spécifique 1,3 à 7,7 m /g (BET et Single point) 2Surface des micropores 4,0 m /g (t.Plot) 2(préciser taille) 5,6 m /g (BJH adsorption) 24,0 m /g (BJH desorption) 3Volume total des pores < 982,8 Å 0,006 cm /g (Single point) Volume des micropores 0,0015 (BJH) Diamètre moyen des pores 32 Å 83 Thèse S.GENDRAULT 2004 ETUDE EXPERIMENTALE Etude du support d’adsorption :Ecorce de pin Une analyse BET a également été réalisée en parallèle sur l’écorce en poudre stérilisée (voir procédure de stérilisation I.7) et non stérilisée. Les résultats présentés au Tableau 2, montrent que la stérilisation ne modifie pas significativement la surface spécifique du matériau. Tableau 2 : Analyse de la surface spécifique de l’écorce de pin (BET sur écorce broyée à d<200 µm) Ecorce stérilisée Ecorce non sterilisée 2 21,31 ± 0,2 m /g 1,48 ± 0,2 m /g I.3.2 Caractéristiques chimiques L’analyse chimique élémentaire de l’écorce de pin (Tableau 3) a montré que la fraction organique représentait 99% de la masse sèche et que l’azote, le potassium, le phosphore et le magnésium étaient présents à de très faibles concentrations, pouvant rendre nécessaire, lors l’usage de l’écorce comme biofiltre, une éventuelle addition de nutriments pour une bonne activité bactérienne. -1Il est également important de noter qu’à 20°C, pour un ratio liquide / solide de 10 à 20 mL.g , le pH d’une suspension aqueuse d’écorce de pin en poudre est acide (4,5 à 5 unités de pH). On peut donc se poser la question de la survie des bactéries choisies dans le cadre de notre étude (Pseudomonas