Etude Expérimentale et Numérique de la Dépollution Chimique d’un Sol Contaminé

Abstract

L’objectif de ce travail était de modéliser les résultats expérimentaux de l’oxydation chimique d’un sol réellement contaminé par des hydrocarbures pétroliers, afin d’optimiser les conditions opératoires pour un procédé efficace. Cette étude est divisée en trois parties. Dans la première partie, l'oxydation des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) par le peroxyde d'hydrogène (H2O2) et le réactif de Fenton (H2O2/Fe2+), est étudiée expérimentalement. Ensuite, dans la deuxième partie, l'efficacité du peroxone, qui est un mélange d'ozone (O3) et de (H2O2), est examinée expérimentalement pour l'oxydation des hydrocarbures pétroliers totaux (HPT). Troisièmement, les résultats de la première partie ont été étudiés numériquement. L'effet de l’oxydant et du rapport molaire du réactif Fenton sur l'efficacité de l’oxydation des HAP est également examiné. Les résultats révèlent qu’une concentration de H2O2 au-dessus de 25 mmol/L entraîne une légère augmentation des constantes de vitesse pour le modèle pseudo premier ordre, avec un taux d'élimination compris entre 57 % et 75.6 %. Le procédé de Fenton démontre une plus grande efficacité dans la dégradation des HAP par rapport au H2O2 seul, avec des rendements allant de 84.7 % jusqu’à 99.9 %. L'évolution du pH au cours du processus d'oxydation influence la dégradation des HAP, où les conditions moyennement alcalines (7.1 - 8.6) favorisent des taux d'élimination élevés pour tous les essais. L'analyse par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) indique une élimination significative des HAP après traitement des sols par oxydation, où les deux oxydants montrant une efficacité comparable dans la dégradation complète des hydrocarbures. Les mécanismes de dégradation des HAP par H2O2 et réactif Fenton impliquent la formation de radicaux hydroxyles, ce dernier présentant une plus grande efficacité grâce au catalyseur Fe2+. L’optimisation de l’oxydation Fenton des HAP par la régression du processus gaussien (GPR) a été employée pour simuler les valeurs de C/C0. La prédiction était très convergente avec un coefficient de corrélation R ≥0,99 et une erreur quadratique moyenne RMSE = 0.117.10-3. En utilisant l'algorithme IGWO (Optimiseur de loup gris amélioré), on retrouve les paramètres optimaux (temps de traitement = 60 min, rapport molaire H2O2/Fe2+ = 200 et concentration de Fe2+ = 2 mol/L). Un écart de 10-3 entre la valeur prédite et expérimentale montre la fiabilité du modèle GPR développé. Sur la base de ces résultats, une interface d'optimisation et de prédiction a été développée à l'aide de MATLAB, dans le but de minimiser le rapport de la concentration réduite (C/C0). Par ailleurs, les concentrations en peroxone de 1.2 mol/kg de sol, et 6 mol/kg de sol, ont montrés une dégradation prometteuse des HPT de 70% et 90% respectivement, après 1 heure de traitement à pH libre