Odeurs et composés odorants
Les nombreux travaux de recherche sur la chimie de l’odeur, la neurophysiologie de l’odorat, la psychosociologie et l’éthologie permettent d’acquérir de meilleures connaissances de la physiologie et la perception de l’odeur . Par conséquent, différentes définitions coexistent, notamment selon le point de vue de la cause de l’odeur (composés émis) ou de son effet (perception). Les normes NF EN 13725 et ISO 5492 définissent l’odeur comme « attribut organoleptique perceptible par l’organe olfactif quand on respire certaines substances volatiles » .
Ces substances volatiles odorantes appartiennent généralement aux familles de molécules suivantes : Les molécules oxygénées : les acides organiques, les aldéhydes, les cétones, les alcools. Les composés azotés : l’ammoniac, les amines. Les composés soufrés : l’hydrogène sulfuré, les mercaptans, les sulfures, les disulfures.
Les principaux secteurs d’émission de composés odorants
Les activités génératrices d’odeurs sont multiples dans le secteur industriel. Les nuisances odorantes peuvent être causées par la matière première, les composés intermédiaires et/ou les produits finaux du process industriel. Parmi les sources, on peut citer l’industrie chimique, les activités liées à l’énergie, les industries du bois et du papier, la fabrication ou la mise en œuvre de peintures, l’industrie sidérurgique, etc. Il convient de rajouter à cette liste les sources liées au domaine agro-alimentaire, à celui des déchets : ordures ménagères, compostage de boues d’épuration, équarrissages ou au traitement des eaux usées urbaines ou industrielles .
Secteurs énergétiques, sidérurgiques et chimiques : Ces secteurs comportent dans leur majorité des sites de production importants : raffinerie, centrale thermique, etc. A l’origine des nuisances olfactives depuis leur existence, ces sites ont diminué leurs rejets au cours des dernières décennies, notamment dans le domaine de la sidérurgie.
Le secteur de production de papier et de viscose reste problématique : de nombreuses étapes dans les processus sont à l’origine d’émissions olfactives importantes (composés soufrés essentiellement) . Secteurs agricoles et agroalimentaires : Les élevages et les bâtiments de stockage des déjections animales sont d’importantes sources de nuisances. En outre, avec le développement des élevages intensifs, les déchets se concentrent de plus en plus, et les agriculteurs font face à des problèmes de gestion de ces nuisances. L’élevage porcin notamment est une source conséquente de composés odorants particulièrement gênants.
Dans les secteurs des industries agroalimentaires, beaucoup d’étapes de transformation peuvent être la source de pollutions olfactives, telles que : les fermentations (fabrication de levures, distilleries…), la condensation (industrie de sucre,…), etc.
Secteurs de gestions des déchets : La gestion des déchets reste un domaine sensible par rapport à la maitrise des flux odorants. Plusieurs types de déchets sont ciblés : Les déjections et déchets animaux; Les ordures ménagères; Les eaux usées.
Les nuisances sont essentiellement imputables aux produits azotés et soufrés, ainsi qu’aux acides organiques, générés en partie lors de fermentation anaérobies, des processus de dégradation de la matière organique. Leurs concentrations sont fluctuantes et fonction des brassages, du taux d’humidité, de la température, et du débit d’air entrant dans le dispositif de traitement . Au niveau des stations d’épuration, l’indole et le scatole, même à l’état de trace, présentent une odeur fécale, détectable à de très faible niveaux de concentration, particulièrement «écœurante» pour les travailleurs du site et les populations susceptibles d’y être exposées.
Procédés de traitement des odeurs
Les procédés d’épuration des émissions gazeuses contenant des composés odorants font généralement appel à des techniques physico-chimiques de transfert du polluant dans une phase liquide (absorption) ou à la surface solide (adsorption) ou des processus de transformation biologique ou chimique (oxydation, dégradation thermique). Ces processus physico-chimiques ont pour base les propriétés caractéristiques des molécules volatiles: solubilité, acidité, basicité, polarité, adsorbabilité, biodégradabilité. Il existe une grande variété de procédés permettant de réduire ces émissions. Nous décrirons ici les principales techniques d’abattement existantes : Oxydation thermique ou catalytique; Absorption; Adsorption; Traitement biologique.
Il ya aussi des technologies d’utilisation plus récente, voire à l’échelle pilote qui sont : Réacteurs à plasma froid; Photocatalyse.
L’efficacité et la rentabilité d’un procédé dépendent des spécificités propres au gaz à traiter (gammes de débits, concentrations et nature chimique des polluants) et les particularités du site de production (surface disponible). Le choix final est basé sur des considérations physico-chimiques qui déterminent la faisabilité technique du procédé, ainsi que sur des critères économiques tels que les coûts d’investissement et de fonctionnement du procédé.
Phénomène d’adsorption
L’adsorption est le processus au cours duquel des molécules d’un fluide (gaz ou liquide), appelé adsorbat, viennent se fixer sur la surface d’un solide, appelé adsorbant. Par la surface du solide, on sous-entend les surfaces externes et internes engendrées par le réseau de pores et cavités à l’intérieur de l’adsorbant . Elle peut aussi être définie comme un phénomène de surface par lequel des molécules de gaz ou de liquide se fixent sur les surfaces solides des adsorbants selon divers processus plus ou moins intenses. Elle a son origine dans les forces d’attraction intermoléculaires, de nature et d’intensité variées, qui sont responsables de la cohésion des phases condensées, liquides ou solides. Une molécule attirée inégalement par les autres molécules de deux phases trouvera une position énergétiquement favorable à la surface de la phase qui l’attire le plus ; celle-ci sera appelée l’adsorbant, les molécules ainsi adsorbées constituant l’adsorbat.
La technologie de séparation par adsorption constitue aujourd’hui une des technologies de séparation les plus importantes, en particulier parmi les technologies qui ne sont pas basées sur l’équilibre vapeur-liquide. Elle est largement utilisée pour la séparation et la purification des gaz et des liquides dans des domaines très varies, allant des industries pétrolières, pétrochimiques et chimiques, aux applications environnementales et pharmaceutiques. Les applications industrielles typiques sont la production des gaz industriels (oxygène, azote, hydrogène), la séparation des hydrocarbures (paraffines linéaires et ramifiées, par exemple), les traitements de l’air, des eaux et des effluents pour élimination de polluants (composés soufrés, odeurs, COV…), le séchage, la production de médicaments, etc.
Les différents types d’adsorption
Il existe deux types de processus d’adsorption : l’adsorption physique ou physisorption et l’adsorption chimique ou chimisorption.
Adsorption physique : L’adsorption physique est le type d’adsorption le plus courant, la plupart des procédés d’adsorption séparative étant basés sur la physisorption. L’adsorption physique se produit sans modification de la structure moléculaire et est parfaitement réversible (c’est-à-dire que les molécules adsorbées peuvent être facilement désorbées en diminuant la pression ou en augmentant la température). Contrairement à la chimisorption, la physisorption est un phénomène non spécifique donnant lieu à la formation de multicouches : la première couche est due aux interactions adsorbat/adsorbant alors que les suivantes concernent les interactions adsorbat/adsorbat . Ce processus d’adsorption physique fait intervenir des forces intermoléculaires relativement faibles (inférieures à 100 kJ.mol-1). Ces forces se divisent en deux (2) catégories : les interactions non spécifiques qui existent quelles que soient les molécules adsorbables et le solide (du type des forces de dispersion de London : forces de Van der Waals et forces de polarisation), les interactions spécifiques dues à une répartition particulière des charges de l’adsorbant et des espèces adsorbables (de type électrostatique, comme le moment dipolaire, le moment quadripolaire, les interactions entre sites et charges de l’adsorbant et le nuage électronique de l’adsorbat).
Adsorption chimique : Dans le cas de l’adsorption chimique, il y a création de liaisons entre les atomes de la surface et les molécules de l’adsorbat. Les énergies d’adsorption peuvent être de l’ordre de 200 kJ/mole (~ 20 kJ/mole dans le cas de l’adsorption physique). Ce type d’adsorption intervient dans le mécanisme des réactions catalytiques hétérogènes, où le catalyseur crée des liaisons fortes avec le gaz adsorbé. La chimisorption est complète quand tous les centres actifs présents à la surface ont établi une liaison avec les molécules de l’adsorbat .
Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I : LES ODEURS
I.1) Qu’est-ce qu’une odeur ?
I.2) Odeurs et composés odorants
I.3) Les principaux secteurs d’émission de composés odorants
I.3.1) Secteurs énergétiques, sidérurgiques et chimiques
I.3.2) Secteurs agricoles et agroalimentaires
I.3.3) Secteurs de gestions des déchets
I.4) Procédés de traitement des odeurs
I.4.1) Oxydation thermique et catalytique
I.4.2) Absorption
I.4.3) Adsorption
I.4.4) Les procédés biologiques
I.4.4.1) Le biolaveur
I.4.4.2) Filtre percolateur
I.4.4.3) Le biofiltre
I.4.5) Les techniques émergentes
I.4.5.1) La photocatalyse
I.4.5.2) L’oxydation par plasma froid
CHAPITRE II : L’ADSORPTION
II.1) Phénomène d’adsorption
II.2) Les différents types d’adsorption
II.2.1) Adsorption physique
II.2.2) Adsorption chimique
II.3) Les isothermes d’adsorption
II.3.1) Capacité d’adsorption
II.3.2) Classification des isothermes d’adsorption
II.4) Modélisation de l’équilibre d’adsorption
II.4.1) Modèle de Langmuir
II.4.2) Modèle de Freundlich
II.4.3) Modèle de Brunauer, Emmett et Teller (B.E.T)
II.5) Les adsorbants
II.5.1) La zéolithe
II.5.2) L’alumine activée
II.5.3) Le gel de silice
II.5.4) Les argiles activées
II.5.5) Le charbon actif
CHAPITRE III : LE CHARBON ACTIF
III.1) Définition
III.2) Les différentes formes de charbons actifs
III.2.1) Charbon actif en poudre (CAP)
III.2.2) Charbon actif en grains (CAG)
III.2.3) Charbon actif extrudé (CAE)
III.3) Les procédés de fabrication du charbon actif
III.3.1) Pyrolyse
III.3.2) Activation
III.4) Les caractéristiques du charbon actif
III.4.1) Le volume poreux et la taille des pores
III.4.2) La surface spécifique
III.4.3) La surface externe
III.4.4) Autres caractéristiques physiques
III.4.5) Les fonctions de surface
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ET WEBOGRAPHIQUES
