Rôle de la pollution par les métaux et de leur captage par un dépôt calco-magnésien formé en volume sur acier galvanisé en eau de mer

par Charlotte Carré

Thèse de doctorat en Chimie/géochimie de l'environnement

Sous la direction de Marc Jeannin et de Peggy Gunkel.

Le jury était composé de Eric Lichtfouse, Otávio Gil, Daniel Chateigner, Arnaud Serres.

Les rapporteurs étaient Eric Lichtfouse, Otávio Gil.


  • Résumé

    Ce travail de recherche a pour objectif de détourner le processus bien connu de protection cathodique des structures métalliques maritimes contre la corrosion, pour en faire un outil efficace de décontamination des métaux polluant l’eau de mer. En effet, une des conséquence de cette protection est qu’elle conduit à la formation, sur le métal, d’un dépôt calcomagnésien, composé d'un mélange de brucite Mg(OH)2 et d'aragonite CaCO3, par précipitation des ions calcium et magnésium de l'eau de mer. L’idée est donc d’essayer de piéger dans ce dépôt des espèces métalliques polluantes.Dans un premier temps nous avons étudié la croissance du dépôt sur acier galvanisé en fonction du courant imposé et des paramètres physico-chimiques de l'eau. Si les variations du courant permettent de moduler la composition du dépôt (brucite/aragonite), l'agitation de l'eau et le temps de synthèse favorisent l'aragonite, et des températures élevées modifient les caractéristiques de la surface du dépôt.Par la suite, la capacité du dépôt à piéger pendant sa croissance du nickel et du plomb dissous dans l'eau a été étudiée en eau de mer synthétique. On démontre que l’efficacité du piégeage va dépendre du courant appliqué et que le nickel est piégé sous la forme Ni(OH)2, au contraire du plomb qui semble précipiter sous sa forme de carbonate. Ce piégeage semble rester partiellement pérenne, même en cas de rupture de la polarisation du métal. Finalement, des tests en milieu naturel dans une zone industrielle on permit de démontrer la pertinence de notre étude puisque en plus du Ni et du Pb, d’autres éléments tels Cr, Cu et Fe ont été piégés.

  • Titre traduit

    The objective of this work is to divert the well-known cathodic protection process used to prevent metal structures against marine from corrosion, in order to develop an efficient tool for metal remediation in seawater. One of the consequences of this kind of protection is the formation of the calcareous deposit on the surface of the metal. The deposit is composed of a mixture of brucite Mg(OH)2 et aragonite CaCO3 and is formed by the precipitation of calcium and magnesium ions in seawater. The idea is to trap metallic pollutant in the calcareous deposit. First, the growth of the deposit has been studied on galvanized iron wires as a function of the impressed current and physical and chemical properties of the seawater. We found that variable values of the impressed current allow to control the proportion brucite/aragonite in the deposit. Increasing experiments duration and high water stirring speed favors the aragonite, and high temperatures modify the surface properties of the calcareous deposit. In the second part the nickel and lead trapping capacity of the deposit is studied in artificial seawater. We have demonstrated that the method works, and its efficiency depends on the impressed current. Material characterizations show that both of the metal are trapped inside the deposit, with Ni(OH)2 structure for the nickel and PbCO3 for the lead. Most of the metals trapped stay in the deposit even if the electrode polarisation is broken. At last, preliminary experiments lead in an industrial marine area where not only Ni and Pb were trapped but also Cr, Cu and Fe demonstrate the relevance of our study.


  • Résumé

    The objective of this work is to divert the well-known cathodic protection process used to prevent metal structures against marine from corrosion, in order to develop an efficient tool for metal remediation in seawater. One of the consequences of this kind of protection is the formation of the calcareous deposit on the surface of the metal. The deposit is composed of a mixture of brucite Mg(OH)2 et aragonite CaCO3 and is formed by the precipitation of calcium and magnesium ions in seawater. The idea is to trap metallic pollutant in the calcareous deposit.First, the growth of the deposit has been studied on galvanized iron wires as a function of the impressed current and physical and chemical properties of the seawater. We found that variable values of the impressed current allow to control the proportion brucite/aragonite in the deposit. Increasing experiments duration and high water stirring speed favors the aragonite, and high temperatures modify the surface properties of the calcareous deposit.In the second part the nickel and lead trapping capacity of the deposit is studied in artificial seawater. We have demonstrated that the method works, and its efficiency depends on the impressed current. Material


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