ELEMENTS POLLUANTS DE L’AIR ATMOSPHERIQUE ET DES EAUX USEES INDUSTRIELLES
Généralités sur la fluorescence X à énergie dispersive
Principe de l’émission de fluorescence
L’émission de radiation X caractéristique d’un élément par fluorescence suppose une excitation par des photons X(l , E) d’énergie suffisante [1]. Cette émission des raies de fluorescence résulte des transitions négatoniques concernant les négatons des couches internes de l’atome. En effet, le bombardement d’un atome par des particules chargées ou par des photons d’énergie conduit à l’éjection des négatons de la couche interne de cet atome. L’atome ainsi ionisé se trouve dans son état excité. L’atome revient à son état stable avec une période de 10-8 s [2]. Lors de la désexcitation, les négatons des couches externes vont combler les trous produits dans les couches négatoniques internes et la différence d’énergie entre les états initial et final du négaton transféré est émise comme un photon de rayons X ou comme un négaton AUGER. Ce dernier phénomène s’appelle « effet AUGER » tel que l’énergie libérée produit l’expulsion de négatons des couches externes. Ces différents processus sont illustrés dans la figure 1.1 suivante.
Effet photoélectrique
(a) ionisation de l’atome ; (b) éjection d’un négaton ; (c) réarrangement du trou par l’émission des rayons X ; (d) effet AUGER. Photon incident fM fL fK K L M E = hn (a) Photonégaton Epn = E – fk (b) ERX = fK – fL Négaton AUGER (d) Ena = fK – fL – fM (c) ou Chapitre 1 : Principes de la fluorescence X 7 Les transitions négatoniques obéissent aux règles de sélection suivantes. · Dn ¹ 0 · D l = ± 1 · D j = 0 ou ± 1 où n présente le nombre quantique principal avec n entier positif ; l est le nombre quantique azimutal tel que l entier et l = 0, 1, 2, …, n-1 ; j indique le moment cinétique total.
Mode de détection avec le spectromètre à énergie dispersive
Le système de détection utilisé pour la fluorescence X à énergie dispersive est basé sur la spectroscopie à énergie dispersive. Dans ce mode de détection, les raies-X caractéristiques provenant de l’échantillon sont détectées à l’aide d’un détecteur. Ce détecteur produit des amplitudes proportionnelles à l’énergie incidente des rayons X et est relié à un analyseur multicanal. Ce dernier va classer les signaux selon leur énergie dans les différents canaux par l’intermédiaire de son convertisseur analogique numérique (CAN).
Source d’excitation de la fluorescence X à énergie dispersive
La source d’excitation de la fluorescence X à énergie dispersive utilisant le tube à rayons X est la radiation obtenue de l’anode du tube à rayons X. La grande différence de potentiel (haute tension du tube) appliquée entre le filament en tungstène et l’anticathode fait accélérer les négatons le long du tube. Ce processus produit donc deux types de rayons : · des rayons X caractéristiques qui présentent un spectre de raies ; · des rayonnements de freinage (bremsstrahlung) qui sont dus à la décélération des négatons lorsqu’ils se trouvent dans le champ électrique du noyau. De ce fait, ils présentent un spectre continu.
Table des matières
NOMENCLATURE
LISTE DES ABREVIATIONS
LISTE DES ANNEXES
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
Introduction
Chapitre 1 : Principes de la fluorescence X5
1.1. Généralités sur la fluorescence X à énergie dispersive
1.1.1. Principe de l’émission de fluorescence
1.1.2. Mode de détection avec le spectromètre à énergie dispersive
1.1.3. Source d’excitation de la fluorescence X à énergie dispersive
1.1.4. Analyse par fluorescence X à énergie dispersive
1.1.4.1. Expression générale de l’intensité des raies-X caractéristiques
1.1.4.2. Bruit de fond
1.1.4.3. Mesure de l’intensité de l’aire nette du pic et estimation du bruit de fond
1.2. Théorie générale de la fluorescence X à réflexion totale (TXRF)
1.2.1. Introduction
1.2.2. Principe de la réflexion totale
1.2.2.1. Description du spectromètre à réflexion totale
1.2.2.2. Principe fondamental de la TXRF
1.2.3. Expression de l’intensité fluorescente en fonction de la sensibilité par la méthode à réflexion totale
1.2.4. Limite de détection
1.2.5. Avantages de la méthode de TXRF
1.2.6. Evaluation des erreurs
1.2.6.1. Erreur systématique
1.2.6.2. Erreur aléatoire
Chapitre 2 : Analyse des échantillons d’aérosols
2.1. Introduction
2.1.1. Différents polluants de l’air
2.1.1.1. Classification des polluants
2.1.1.2. Catégories de polluants
2.1.1.3. Six polluants « classiques » de l’air
2.1.2. Unités utilisées pour décrire les concentrations des polluants de l’air
2.1.3. Sources des polluants de l’air
2.1.3.1. Sources naturelles
2.1.3.2. Sources anthropiques
2.1.4. Facteurs intervenant dans le transport et la diffusion de polluants
2.1.4.1. Généralités
2.1.4.2. Facteurs météorologiques
2.1.4.3. Facteurs physiques
2.1.5. Normes
2.2. Matériels et Méthodes
2.2.1. Concepts de base sur les prélèvements d’aérosols
2.2.1.1. Objectifs
2.2.1.2. Choix du site
2.2.1.3. Caractéristiques de l’échantillonneur d’air utilisé
2.2.1.4. Protocole d’échantillonnage d’aérosols
2.2.2. Méthode d’analyse utilisée
2.2.2.1. Conditions à respecter pour la méthode TXRF utilisée
2.2.2.2. Méthode analytique
2.2.3. Etude quantitative des échantillons d’aérosols
2.2.3.1. Simple étude des matières particulaires PM2,5 et PM10
2.2.3.2. Analyse élémentale des échantillons d’aérosols.56
2.2.3.3. Détermination de l’origine des éléments dans les aérosols
2.2.3.4. Calcul de la zone environnementale de la qualité de l’air
2.3. Résultats et Discussion
2.3.1. Composition élémentale et Matières particulaires PM10
2.3.1.1. Distribution granulométrique des éléments dans les matières particulaires PM2,5 et PM10
2.3.1.2. Mesure du plomb
2.3.1.3. Distribution granulométrique des matières particulaires de dimension aérodynamique inférieure à 10 µm ou PM10
2.3.2. Facteurs d’enrichissement
2.3.3. Détermination des principales sources de pollution
Chapitre 3 : Analyse des échantillons d’eaux usées industrielles
3.1. Introduction
3.1.1. Généralités sur la pollution par des eaux usées
3.1.1.1. Contexte spécifique
3.1.1.2. Origines de la pollution industrielle des eaux usées
3.1.1.3. Mesure de la pollution
3.1.1.4. Effets de déversement des eaux usées sur la qualité de l’eau
3.1.2. Objectifs spécifiques
3.2. Matériels et Méthodes
3.2.1. Normes
3.2.2. Sites d’étude
3.2.3. Protocole de prélèvement d’eaux usées
3.2.3.1. Description des sites de prélèvement
3.2.3.2. Mode de prélèvement
3.2.4. Analyses qualitatives et quantitatives
3.2.4.1. Protocole d’analyse d’eau
3.2.4.2. Analyse élémentale des échantillons d’eaux usées.
3.3. Résultats et Discussion
3.3.1. Usine de Tannerie
3.3.1.1. Etude des paramètres physico-chimiques de la pollution par des eaux usées déversées par les bouches de sortie de l’usine de tannerie
3.3.1.2. Caractérisation de la pollution des eaux usées déversées par la tannerie dans le cours d’eau
3.3.2. Usines Textiles
3.3.2.1. Etude des paramètres physico-chimiques de la pollution par des eaux usées déversées par les bouches de sortie/bassins de décantation des usines textiles
3.3.2.2. Effets de déversement des eaux usées en amont et en aval des rejets des usines textiles
Chapitre 4 : Analyse élémentale des échantillons de feuilles de Noronhia
4.1. Introduction
4.1.1. Etudes de Noronhia
4.1.1.1. Enquête ethnobotanique
4.1.1.2. Présentation du matériel végétal
4.1.1.3. Choix du site
4.1.1.4. Choix des espèces à étudier
4.1.1.5. Description des espèces à étudier
4.1.2. Objectif de l’étude
4.2. Matériels et Méthodes
4.2.1. Protocole d’échantillonnage de feuilles de Noronhia
4.2.2. Préparation des échantillons de feuilles
4.2.3. Protocole d’analyse
4.3. Résultats et Discussion
4.3.1. Sites d’Andevoranto et de Tampolo
4.3.1.1. Echantillons de feuilles de Noronhia d’une parcelle à Andevoranto
4.3.1.2. Echantillons de feuilles de Noronhia divaricata d’une parcelle à Andevoranto
4.3.1.3. Echantillons de feuilles de Noronhia ovalifolia dans le site de Tampolo
4.3.1.4. Echantillons de feuilles de Noronhia divaricata dans le site de Tampolo
4.3.2. Concentrations en éléments dans les feuilles de Noronhia ovalifolia et de Noronhia divaricata
4.3.2.1. Concentrations moyennes des éléments dans les feuilles de Noronhia ovalifolia suivant leur âge
4.3.2.2. Concentrations moyennes des éléments constituants de feuilles de Noronhia
divaricata suivant leur âge
Conclusion
Références bibliographiques
Annexe
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