Menee conjointement par UL et UAC, cette recherche explore l'élaboration de charbons actifs à partir de Lophira lanceolata pour traiter les micropolluants.
L'Essentiel : Menee conjointement par UL et UAC, cette recherche explore l'élaboration de charbons actifs à partir de Lophira lanceolata pour traiter les micropolluants.
Elie Sogbochi, chercheur·e au sein de LERMAB (Université de Lorraine).
Thèse soutenue en 2023 à l'école doctorale École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine).
Cette recherche s'inscrit dans le cadre d'une cotutelle franco-béninoise, garantissant un ancrage simultané sur le terrain local et dans les standards académiques internationaux.
Contexte et Problématique
Les charbons actifs dérivés de biomasse jouent un rôle majeur dans le traitement des eaux contaminées. Leurs propriétés, telles qu'une surface spécifique élevée et une porosité développée, en font des adsorbants efficaces pour capturer divers micropolluants. La recherche d'alternatives durables pour la production de charbons actifs est d'une importance croissante, particulièrement dans les régions comme l'Afrique de l'Ouest, où la pollution des ressources en eau est un problème alarmant. Les coques de Lophira lanceolata, une espèce végétale largement disponible dans cette région, représentent une matière première potentielle pour l'élaboration de charbons actifs par voies thermochimiques. L'utilisation de ces coques permet non seulement de valoriser les déchets agricoles, mais également de répondre aux défis environnementaux liés à la gestion de l'eau.
Méthodologie
L'élaboration des charbons actifs à partir des coques de Lophira lanceolata a été réalisée par pyrolyse, un processus thermique qui décompose la biomasse à haute température en absence d'oxygène. Ce procédé a été optimisé par l'imprégnation des coques avec de l'acide orthophosphorique, un agent qui favorise le développement des propriétés adsorbantes des charbons actifs.
Les conditions de pyrolyse ont été soigneusement contrôlées pour maximiser la surface spécifique et la porosité des matériaux obtenus. Des analyses complémentaires ont été menées pour caractériser ces charbons actifs, notamment par des techniques de spectroscopie et de microscopie, permettant ainsi de comprendre la relation entre les conditions de préparation et les propriétés adsorbantes.
L'évaluation de l'efficacité des charbons actifs a été réalisée par des essais d'adsorption sur des micropolluants spécifiques, notamment le bleu de méthylène, le phénol et le rouge Congo. Ces substances ont été choisies en raison de leur prévalence dans les effluents industriels et leur toxicité potentielle pour l'environnement et la santé humaine. Des modélisations de la cinétique d'adsorption ont également été effectuées pour quantifier les performances des charbons actifs.
Résultats Principaux
Les résultats ont montré que les charbons actifs élaborés à partir des coques de Lophira lanceolata présentent des caractéristiques physiques favorables, avec une surface spécifique élevée et une porosité adéquate. Les conditions optimales de pyrolyse et d'imprégnation ont permis d'obtenir des matériaux avec une capacité d'adsorption significative pour les micropolluants ciblés.
Les essais d'adsorption ont révélé que les charbons actifs peuvent éliminer efficacement le bleu de méthylène, le phénol et le rouge Congo de solutions aqueuses. Les taux d'adsorption observés dépassent ceux obtenus avec des charbons actifs commerciaux, indiquant que les matériaux dérivés de Lophira lanceolata peuvent constituer une alternative viable et compétitive sur le marché.
L'analyse des résultats a mis en évidence des temps d'équilibre d'adsorption relativement courts, ce qui suggère une cinétique rapide d'interaction entre les micropolluants et les charbons actifs. Les modélisations cinétiques ont permis de confirmer ces observations, en identifiant les mécanismes d'adsorption dominants.
Discussion et Perspectives
Cette recherche sur les charbons actifs dérivés de Lophira lanceolata illustre le potentiel des ressources locales pour la production de matériaux de traitement de l'eau. Le procédé proposé présente des avantages économiques et environnementaux considérables, en valorisant les déchets agricoles tout en fournissant des solutions durables pour la purification de l'eau.
Les résultats ouvrent la voie à des études supplémentaires sur l'optimisation des conditions de production et l'évaluation de l'efficacité des charbons actifs dans des conditions réelles de traitement des eaux. L'intégration de ces matériaux dans les systèmes de purification existants mérite également d'être explorée, ainsi que les défis liés à leur mise en œuvre à grande échelle.
Les implications de cette recherche sont nombreuses, allant de l'amélioration de la gestion des ressources en eau en Afrique de l'Ouest à la création d'opportunités économiques dans le secteur de la biomasse. La valorisation des agroressources par la production de charbons actifs pourrait également contribuer à la durabilité environnementale, en réduisant la dépendance aux matériaux synthétiques et en favorisant l'utilisation de ressources renouvelables.
La continuité des travaux pourrait explorer l'extension de cette méthodologie à d'autres types de biomasse, ainsi que l'évaluation de la durabilité des charbons actifs dans le temps et sous diverses conditions environnementales. Ces recherches futures seront essentielles pour maximiser l'impact des charbons actifs sur la qualité de l'eau et pour développer des stratégies de traitement adaptées aux besoins locaux.
Accéder à l'étude complète
Sources et accès
Elie Sogbochi. Élaboration par voies thermochimiques de charbons actifs dérivés de coproduits de Lophira lanceolata : essais d’adsorption de micropolluants de l'eau. Sciences de l'ingénieur [physics]. Université de Lorraine; Université d'Abomey-Calavi (Bénin), 2023. Français. ⟨NNT : 2023LORR0194⟩. ⟨tel-04628680⟩