REPUBLIQUE DU CAMEROUN

Paix- Travail-Patrie REPUBLIC OF CAMEROON

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MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEURE
MINISTRY OF HIGHER
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UNIVERSITE DE MAROUA *******
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POLYTECHNIQUE DE MAROUA NATIONAL ADVANCED SCHOOL OF
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RENOUVELABLES Site : http://ww.univ-maroua.cm

TRAVAIL PERSONNEL DE L’ETUDIANT

UNITE D’ENSEIGNEMENT : TRAITEMENT PHYSICO-CHIMIQUE ET INERTAGE DES DECHETS

THEME :
PRECIPITATION ET FLOCULATION
Rédigé par :
N° NOMS ET PRENOMS MATRICULE
1 NSOUPOU SEGNOU FANNY LINDA 18A0279P
2 OUMAROU MOUSSA 17Y084P
3 SAMIRA YAYA AIDAWA 20C0420EP
4 SAYIT FELIX 20C0421EP
5 SIMO ADOLPHE 17Y586P
6 TCHOUWA TCHAPDA ROMUALD 17Y537P
7 TCHUINDJANG KWATCHIE DIMITRI VALDES 18A0582P
8 TEZORE BAKARY PRUDENCE(CHEF) 20C0423EP
9 YMELE TADJOU BASTIAN BOREL 17Y498P

Encadreur : Pr. Aboubakar

ANNEE ACADEMIQUE
2020/2021
1
Table of Contents
Introduction.............................................................................................................................................3
I- La floculation...................................................................................................................................3
1- Definition.........................................................................................................................................3
2- Traitements des eaux par floculation..............................................................................................4
2.1- Floculation des colloïdes en suspension dans les eaux.....................................................................4
II- La precipitation............................................................................................................................5
1- Definition.........................................................................................................................................5
2- Précipitation par voie chimique.......................................................................................................6
3- Précipitation....................................................................................................................................7
a- Loi....................................................................................................................................................7
b- Solubilité..........................................................................................................................................7
i- Réaction...........................................................................................................................................7
ii- Constante........................................................................................................................................8
4- Les précipitants utilisés....................................................................................................................8
a- La soude...........................................................................................................................................8
b- Utilisation........................................................................................................................................9
5- La précipitation des métaux seuls et en mélange............................................................................9
III- Différences.................................................................................................................................10
Conclusion.............................................................................................................................................11
Références:............................................................................................................................................11

2
Introduction
En traitement des eaux, les précipitations et les floculations sont principalement utilisées pour éliminer
par insolubilisation un ou plusieurs composés mineraux qui genent l’usage de l’eau. La floculation et la
précipitation se rapportent toutes les deux au rassemblement de petites particules en une grosse particule.
Mais il existe des différences entre les deux termes. La floculation est utilisée dans les usines de
traitement de l'eau avec des techniques de coagulation afin d'éliminer les particules en suspension dans
l'eau. Les précipitations ont de nombreuses applications à la fois en laboratoire et à l'échelle industrielle.
La floculation forme des flocons tandis que la précipitation forme des précipités.

I- La floculation

1- Definition

En traitement des eaux, la coagulation et la floculation sont des traitements qui visent à optimiser
l’élimination des particules en suspension par les procédés de décantation et de filtration. La floculation
est le processus de traitement par lequel les colloïdes d'une suspension peuvent être obtenus sous forme
agrégée. Ces agrégats agissent alors comme de grosses particules individuelles. Les agrégats formés lors
de la floculation sont appelés flocons. La floculation peut se produire spontanément ou en raison de la
présence d’un agent de floculation. Une suspension floculée est une suspension où la floculation a eu lieu.
Ces suspensions présentent un taux de sédimentation élevé. Cela signifie que les flocons sédimentent plus
rapidement que dans une suspension défloculée. Le sédiment formé a un volume plus élevé que prévu, car
les flocons sont poreux et peuvent piéger les liquides tout en se déposant au fond de la suspension. Un
floculant es un composé qui a une action de pontage inter particulaire. Les floculants les plus utilisés sont
des polyélectrolytes c'est à dire des macromolécules

possédant des groupes anioniques ou cationiques. On peut classer les floculants en flo

culants naturels ou synthétiques. Parmi les floculants naturels on trouve de l'amidon de

maïs et des amidons modifiées. Les floculants synthétiques sont des polyélectrolytes

cationiques qui peuvent supplanter les cations métalliques, les plus utilisés sont les poly

acrylamides, les copolymères acrylate-acrylamide et les polyéthylène oxydes. La floculation

provoque l'augmentation de la taille des particules dans une suspension. Ce changement est observable
puisqu'il modifie la taille des particules d'une échelle microscopique à une échelle macroscopique. Les
flocons sont souvent visibles à l'œil nu. La floculation est nécessaire afin d'augmenter les dimensions des
3
particules présentes pour une flottation maximale, sinon la grosseur des particules est inférieur au
diamètre des microbulles et le mécanisme d'élévation ou de flottation s'avère impossible, il y a alors
décantation.

2- Traitements des eaux par floculation

Une utilisation courante de la floculation est le traitement de coagulation-floculation pour l'eau

potable et les eaux usées. L'eau de source naturelle et les déchets industriels sont composés de produits
chimiques dissous et de particules en suspension. La coagulation est utilisée pour éliminer les particules
chargées présentes dans l'eau. Les coagulants avec des charges opposées sont utilisés pour cela. La
floculation est la prochaine étape du traitement de l'eau. Là, un léger mélange est effectué pour permettre
la formation de flocons. Ensuite, ces flocons sont autorisés à se déposer. Ensuite, les sédiments peuvent
être enlevés.

2.1- Floculation des colloïdes en suspension dans les eaux

Les principaux agents de floculation sont les polymères minéraux tels que la silice activée, les polymères
naturels extraits de substances animales ou végétales et les polymères de synthèse apparus plus
récemment et qui ont fait évoluer considérablement les performances de la floculation. Ces derniers sont
les plus répandus dans le traitement des eaux ; on parle en général de floculation par les polymères.
Les polymères organiques de synthèse sont des macromolécules composées de la répétition d’au moins
un type de monomère. Si les monomères sont ionisables, ils peuvent s’ioniser en solution

et conférer au polymère des charges. On distingue ainsi les polymères neutres (pas de charge), cationiques
(charge positive) et anioniques (charge négative). L’action floculante des polymères est fortement
influencée par leur conformation en solution. Etendue, leur masse moléculaire peut être très élevée (≈ 100
µm) mais en solution, la présence de force ionique peut masquer les charges du polymère et lui conférer
une conformation moins étendue (< 1 µm). Pour la floculation, il faut qu’au préalable le polymère
s’adsorbe à des particules en suspension. Cette adsorption peut se produire par le biais d’interactions
électrostatiques entre des segments de polymère chargé et la surface de particules de signe contraire, par
le biais de liaisons hydrogènes entre des groupements amides et des groupements hydroxydes à la surface
des particules, au travers des interactions hydrophobes ou par pontage par un polyion. Adsorbé à la
surface d’une particule, le polymère adopte une conformation dont dépendront les mécanismes de
floculation. Le pontage et la neutralisation sont les deux principaux mécanismes de floculation. Ils sont
liés aux propriétés de masse et de charge du polymère et à sa conformation à l’équilibre lorsqu’il est
adsorbé. Ces mécanismes peuvent intervenir en synergie ou de façon concurrentielle.
Le pontage est le résultat de l’adsorption via des liaisons hydrogènes d’un polymère avec plusieurs
particules, formant ainsi des ponts moléculaires entre particules adjacentes dans le floc. Le pontage a lieu
en présence de polymères de fortes masses moléculaires (>106), non ioniques ou faiblement chargés. Les
charges du polymère et de la particule ne jouent donc pas un rôle prépondérant. Au contraire, la taille du
polymère doit être suffisante pour permettre aux différentes chaînes de s’attacher à un nombre élevé de
particules. L’efficacité du pontage est en général plus grande pour les polymères linéaires que chez les
polymères ramifiés. Il est tout de même nécessaire que le polymère ne soit pas en excès pour éviter toute
restabilisation du système. Ce mode de déstabilisation donne naissance à de gros flocs mais leur rupture
est irréversible.

4
Lorsque des polymères de haute densité de charge (ionicité >15%) interagissent avec des particules
portant des charges de signe contraire, la floculation a lieu surtout par neutralisation ou compensation de
charge. Comme pour les SMH agissant par le même mécanisme, il existe un dosage optimal de polymère
appelé concentration critique de floculation (CCF). Cet optimum de floculation correspond à une
neutralisation plus ou moins complète des charges de surface des particules déstabilisées donc à une
réduction sensible du potentiel zéta. En cas d’ajout excessif de floculant, on note une inversion de charge
et une restabilisation du système [Gregory, 1981 23]. Toute augmentation de la masse moléculaire du
floculant ne modifie en rien la concentration critique de floculation, ce qui traduit le fait que la taille du
polymère joue un rôle secondaire contrairement à sa charge. La force ionique, la présence de certaines
espèces ioniques et le pH du milieu peuvent influencer de façon significative ce mécanisme de
floculation.
Une variante de ce mécanisme est rencontrée dans le cas où la différence de densité de charge entre le
polymère (très élevée) et la surface du colloïde (faible) fait qu’il n’est pas physiquement possible pour
une charge à la surface de la particule d’être annulée par une charge portée par un segment de polymère
adsorbé. Il apparaît alors une forme intermédiaire appelée floculation en mosaïque (figure 15), qui se
caractérise par le recouvrement partiel de la surface de la particule par une mosaïque d’îlots de polymères
chargés. La surface apparaît donc comme un damier de zone de différentes charges, voire de signes
contraires, traduisant une neutralisation partielle de la charge de la particule. Ce type de mécanisme est
responsable de l’existence de fortes attractions électriques entre différentes zones de particules
apparemment neutres. Les flocs formés sont plus solides que ceux issues des autres mécanismes. Un
mécanisme peu courant a lieu lorsque des polymères ou des segments de polymères non adsorbées sont
expulsés de l’espace entre deux particules voisines du fait de leur grande taille. La pression osmotique qui
en résulte contraint ces particules à floculer, on parle alors de floculation par exclusion de chaîne.
Quoiqu’il en soit, l’agrégation de particules déstabilisées nécessite un apport d’énergie pour leur mise en
contact. La vitesse d’agitation agit sur la probabilité de rencontre des particules, mais il n’est pas possible
de l’augmenter exagérément. En effet, si elle est trop élevée, les flocs subissent un cisaillement
mécanique entraînant leur destruction. La vitesse de sédimentation peut alors diminuer malgré le fait que
la déstabilisation soit effective.
Du fait de leur taille et de l’intensité des forces qu’elles mettent en œuvre dans les interactions avec les
particules, la floculation par les polymères est responsable de la formation de larges et solides agrégats,
ayant des vitesses de sédimentation bien supérieures à celles rencontrées en coagulation. Les boues
formées sont moindres et présentent en outre l’avantage d’être biodégradables et facilement traitables. Par
contre, rien ne dit si ces conditions sont favorables à la filtration.

II- La precipitation

1- Definition

La précipitation est la formation d'une masse solide insoluble dans une solution liquide. cette masse
solide insoluble s'appelle le précipité. Un précipité se forme lorsque deux composés ioniques solubles
sont mélangés. Les composés ioniques solubles peuvent pénétrer leurs ions dans la solution. Ensuite, ces
ions peuvent réagir les uns avec les autres pour former un précipité ou rester comme un ion solubilisé
dans cette solution. L'espèce chimique à l'origine de cette précipitation est appelée précipitante. De plus,
des précipités peuvent se former lorsque la température de la solution est abaissée. La basse température
réduit la solubilité des sels, les faisant précipiter dans la solution. Le précipité formé peut rester en
5
suspension dans la solution s'il n'y a pas suffisamment de gravité. Mais plus tard, les particules de
précipité vont sédimenter au fond du conteneur à moins d’être dérangées. Les précipitations sont un
phénomène très important car le précipité formé est visible. La formation d'un précipité peut indiquer la
présence d'une réaction chimique. Par exemple, la réaction entre le nitrate d’argent (AgNO)3) et du
chlorure de sodium (NaCl) forment un précipité blanc de chlorure d’argent (AgCl).

2- Précipitation par voie chimique

Les effluents basiques dont ceux issus de l’oxydation des cyanures et les effluents acides incluant
ceux issus de la déchromatation sont réunis (dans un souci d’économie de réactif notamment) et mis à un
pH de l’ordre de 8 à 8,5 (Lorthiois M. et al, 1990). En effet, La basicité et l’acidité ne constituent pas des
pollutions au sens strict mais l’excès de l’un ou l’autre peut être très néfaste pour les êtres vivants. Une
mise à pH est donc nécessaire. L’acidité et la basicité des effluents sont neutralisées respectivement, par
des réactifs alcalins de type chaux ou soude ou par des acides chlorhydrique ou sulfurique. En industrie,
la mise à pH est jumelée à la précipitation des métaux lourds et les réacteurs de neutralisation et de
précipitation sont très souvent les mêmes. Cette étape (régulation du pH/précipitation) est souvent
délicate surtout lors de variations importantes des effluents. En outre le réacteur doit permettre la
dispersion rapide et complète des réactifs et une position correcte de la sonde de pH par rapport au point
d’introduction des réactifs. L’agitation du mélange doit de plus, être suffisante lors de l’ajout du réactif
liquide. Et enfin, le taux de réactif est ajusté automatiquement selon une valeur consigne sur l’effluent
traité (Boeglin J-C., 2002). La précipitation chimique regroupe des procédés basés sur l’application de
la loi de Bertholet : un réactif soluble est ajouté à l’eau. Par combinaison ou permutation avec les ions
indésirables présents, un composé insoluble voire très peu soluble se forme, précipitant jusqu’à sa limite
de solubilité. Elle se détermine par le produit de solubilité, variable selon la température, la force ionique
et la nature des autres ions dissous. La précipitation peut s’appliquer aux eaux industrielles résiduaires
contenant :

- des composés précipitables par le calcium (sulfites, phosphates, sulfates…),

- des composés précipitables sous forme de sels insolubles de fer ou complexables (sulfure, phosphate,
cyanure) (Boeglin J-C., 2002,

- des métaux précipitables sous forme d’hydroxydes métalliques.

6
La précipitation des métaux et des sels toxiques ou indésirables (fluorures, sulfates, phosphates) est une
des fins du traitement physico-chimique (Boeglin J-C., 1999).

3- Précipitation sous forme d’hydroxydes métalliques

a- Loi d’action de masses

Soit la réaction : aA + bB ↔ cC + dD (1)

La loi d’action de masses dit que la vitesse d’une réaction est proportionnelle aux concentrations de
chacune des substances réactantes. La vitesse de la réaction se produisant de la “gauche vers la droite” est
: V1 = K1[A]a[B]b et celle de la réaction ayant lieu de la « droite vers la gauche » est : V2 =
K2[C]c[D]d. L’équilibre de cette réaction correspond à une égalité des vitesses V1 et V2. Il résulte :
K1[A]a[B]b = K2[C]c[D]d ↔[D]d)/ ([A]a[B]b) = K2/K1 = K, la constante d’équilibre de la réaction (1).
L’intérêt de la loi d’action de masse est d’amener à l’expression des constantes d’équilibre.

b- Solubilité et produit de solubilité

Lorsque l’application de la loi d’action de masses conduit à un produit de diverses activités, il s’agit
du produit de solubilité. Cette constante d’équilibre permet de calculer la solubilité soit la quantité de «
sel » pouvant être mise en solution avant d’atteindre la saturation c’est-à-dire l’équilibre eau-sel [Charlot,
1983].

i- Réaction de précipitation

La précipitation a lieu dans un système contenant des ions pouvant former un solide ionique peu
soluble, quand le produit des concentrations des ions en solution K’ est supérieur au Ks du solide. Par
exemple, le mélange de NaOH et d’une solution de sulfate de zinc ZnSO4 aboutit à une solution
contenant les ions Na+, OH-, Zn2+ et SO42- :

NaOH (solide soluble) Na+ (aq)+ OH- (aq) (2)

ZnSO4 (solide soluble) Zn2+ (aq)+ SO42- (aq) (3)

Or les concentrations en solution des ions Zn2+ et OH- provenant de la dissociation des sels solubles
sont régies par le Ks de Zn(OH)2, avec Ks = 7,0x10-18. La précipitation a lieu, si le produit K’=[Zn2+]

7
[OH-]2 est supérieur au Ks. Les ions Na+ et SO42- restent en solution puisqu’ils peuvent seulement
former le sel soluble Na2SO4. La réaction globale de la précipitation est obtenue en équilibrant et
additionnant les réactions (2) et (3) : 2Na+ (aq)+ Zn2+ (aq)+ SO42- (aq) + 2OH- (aq) ↔ Zn(OH)² (s) +
2Na+ (aq) + SO42- (aq) soit : Zn(OH)2↔ Zn2+ + 2OH-

ii- Constante de solubilité

Les solides peu solubles en milieu aqueux que constituent les hydroxydes métalliques donnent lieu à
un équilibre entre le précipité et les ions non dissous en solution, selon l’équation chimique générale :
M(OH)n↔ Mn+ + nOH- (avec M = métal)

4- Les précipitants utilisés

Différents réactifs peuvent être utilisés pour l’insolubilisation des métaux lourds.

a- La soude et la chaux : les plus courants

L’hydroxyde de sodium (NaOH) et la chaux éteinte Ca(OH)2 sont utilisés couramment. Ils provoquent la
précipitation des métaux présents dans les effluents industriels sous forme d’hydroxydes métalliques. Ces
précipitants permettent ainsi d’obtenir des concentrations résiduelles de l’ordre d’un mg. Néanmoins, leur
solubilité peut poser des problèmes lors de la mise en décharge des boues d’hydroxydes (Crine M., 1993).
La chaux, moins coûteuse, a une action similaire à celle de la soude. Les précipités formés avec la chaux
sont plus compacts (donc plus facilement récupérables). Mais ce précipitant peut poser des problèmes de
colmatage au niveau des installations industrielles (tuyauterie, filtres à sable), ce qui incite certains
industriels a changer de réactif au profit de la soude. De plus, l’efficacité de la chaux comme celle de la
soude est diminuée en présence de complexants (souvent présents dans les effluents de traitement de
surfaces), de type NH4+, CN- l’EDTA ou tartrate (Ku Young et Peters R.W., 1988). Enfin, un dernier
inconvénient concerne les volumes importants de boues générés par la précipitation sous forme
d’hydroxydes et les étapes de séchage coûteuses de ces boues (Crine M., 1993).

b- Utilisation de produits spécifiques

La chaux et la soude présentent donc certains inconvénients. Suite à l’action de ces précipitants pour
éliminer les métaux toxiques, les concentrations résiduelles en métaux obtenues permettent de répondre
aux exigences de la réglementation actuelle, mais il est légitime de penser qu’il n’en sera certainement
pas de même dans un avenir proche. Les seuils évoluent en effet, vers des valeurs plus sévères, risquant
même d’être inférieures à la solubilité des hydroxydes métalliques. Ceci met en évidence un certain
8
besoin en terme d’optimisation de la précipitation, voire par l’utilisation d’autres précipitants pour les
professionnels du traitement de surfaces notamment (complexité des effluents, présence de complexants,
d’additifs, évolution de la réglementation), (Ku Young et Peters R.W., 1988). Dans ce contexte et dans
une optique de recherche de la meilleure technique disponible pour le système de dépollution, il pourrait
s’avérer intéressant de développer une solution alternative à l’emploi « classique » de la soude ou de la
chaux, comme précipitant de métaux lourds en milieu industriel.

5- La précipitation des métaux seuls et en mélange

a - Cas d’un seul métal en solution

En outre, depuis les années soixante, les conditions de précipitation des métaux sous forme d’hydroxydes
métalliques ont fait l’objet de beaucoup d’études [Baltpurvins, K. A. et al, 1996], [Goldstone, M. E. et al,
1990a], [Goldstone, M. E. et al, 1990b], [Rigaud J., 1998]. Mais ces travaux concernent exclusivement
des métaux seuls en solution alors que les effluents de traitement de surfaces sont complexes et
contiennent des mélanges métalliques et des additifs. De fait, la précipitation des métaux dans l’industrie
du traitement de surfaces n’est pas optimisée. Les constantes de solubilité vont permettre d’une part
d’établir les diagrammes de spéciation des métaux, afin de prédire les espèces présentes en solution ou
provoquer la prédominance de l’une d’elles, et d’autre part de calculer la concentration d’un ion dissout
dans l’eau, à un pH donné. Lors d’un excès d’OH-, l’hydroxyde de certains métaux n’est pratiquement
plus dissout, alors que pour d’autres métaux dits amphotères, des complexes hydroxo peuvent se former,
qui au-delà du pH optimal se dissolvent.

Les diagrammes de solubilité montrent que : une quantité de métal est précipitée, même si le pH de
précipitation optimal n’est pas atteint ; différentes espèces vont coexister et pourront réagir entre elles.

b - Cas d’un mélange de métaux et formation d’hydroxydes métalliques simples et doubles

Les zones de précipitation (sous forme d’hydroxydes) du zinc, du nickel et du chrome se situent dans la
zone de pH autorisée soit entre 6,5 et 9 (Lorthiois M. et al, 1990). Mais selon Schlegel la concentration
minimale en métaux se situerait plus vers des pH de 10,2 et 10, respectivement pour le Ni2+ et le Zn2+.
Cette valeur est légèrement supérieure à 7 pour le Cr3+ (Rigaud J., 1998). La démarche consiste alors
parfois à procéder à plusieurs précipitations successives, à des pH gradués, pour un traitement sélectif des
différents métaux (Boeglin J-C., 1999). Cette méthode est assez lourde et pas forcément aisée à mettre en
œuvre ; elle peut nécessiter une séparation des effluents (si les pH des métaux ne sont pas « compatibles
», avec un impact sur le fonctionnement des installations d’épuration. En outre, la précipitation est une
9
étape importante et délicate surtout en milieu industriel. L’eau, à l’issue de ce traitement pourra contenir :
des excès de réactifs de détoxication, des ions sodium, des surplus de floculant issus de la precipitation.

III- Différences entre floculation et précipitation

Elements de comparaison Precipitation Floculation

Definition La précipitation est la formation La floculation est le processus

d'une masse solide insoluble permettant d'obtenir des
dans une solution liquide.. colloïdes dans une suspension
sous forme agrégée..

Produits Flocons précipitents

Applications La précipitation est utilisée dans La floculation est utilisée dans

les applications à l'échelle les stations d'épuration.
industrielle et à l'échelle du
laboratoire.

Phase liquide La phase liquide dans laquelle la La phase liquide dans laquelle se
précipitation a lieu est une produit la floculation est une
solution claire. suspension.

Causes Les précipitations sont dues à la La floculation peut se produire

réaction entre les précipitants. spontanément ou due à des
agents de floculation

Méthode La précipitation peut être faite en La floculation peut être faite en

ajoutant un précipitant. mélangeant doucement.

10
Conclusion
La floculation et la précipitation forment une grande masse solide à partir de petites masses. La
floculation est le processus de formation d'agrégats solides à partir de petites particules. La précipitation
est le processus de formation d'une masse solide insoluble. La principale différence entre la floculation et
la précipitation est que la floculation forme des flocules alors que la précipitation forme des précipités.

Références:
1. «Coagulation-Floculation». Coagulation-Floculation | SSWM, disponible ici.

2. «Precipitation Reactions.», Chimie LibreTexts, Libretexts, 11 nov. 2017, disponible ici.

3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. «Définition et exemple de précipité en chimie.» ThoughtCo, 11

février 2017, disponible ici..

Courtoisie d'image:

1. «Floculation» By Brittany2442 - Travail personnel (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia

2. “Silver chloride (AgCl)” de Luisbrudna - Propre travail (CC BY-SA 4.0) via Commons Wikimedia

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