Synthèse et caractérisation de biopolymères Application au piégeage de colorants

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1 Université D Oran Es-Sénia Faculté des Sciences Département de Chimie Mémoire Pour l obtention du diplôme de Magister Option : Chimie des Matériaux Thème Synthèse et caractérisation de biopolymères Application au piégeage de colorants Membres du jury: Présenté par : Mlle. ARAREM Faïza Soutenue le Pr. R.HAMACHA Président Université d Oran Es-Sénia Pr. M.SASSI Examinateur Université d Oran Es-Sénia Dr. A.HASNAOUI Examinateur Université d Oran Es-Sénia Pr. A.BENGUEDDACH Encadreur Université d Oran Es-Sénia Dr. A.MORSLI Co-Encadreur Université Mohamed BOUDIAF Année universitaire 2010/2011

2 Remerciements Je remercie ALLAH le tout puissant qui a guidé mes pas vers le savoir et qui m a donné la force de concevoir ce travail. Ce travail a elle effectué au laboratoire de Chimie des Matériaux du Département de Chimie de l Université d Oran, sous la direction de Monsieur A. BENGUEDDACH et A.MORSLI ; à qui je veux adresser mes sincères remerciements pour tous les conseils et observations ainsi que pour tous les efforts qu ils ont fournis à fin de m aider dans mes travaux. La partie pratique a été réalisée au niveau du laboratoire de chimie de matériau au niveau de l USTO dirigé par madame F.BELKHADEM a qui je veux exprimer toute ma reconnaissance de m avoir donné les moyens nécessaires pour aboutir au terme de mon étude. Je la remercie aussi pour son caractère humain et ses précieux conseils. Je remercie La présidente de jury Mme R.BENHAMOU et les membres du jury, Mr. M.SASSI et Mr. A.HASNAOUI d avoir accepté d examiner ce travail. Je remercie très chaleureusement Mademoiselle Kawtar pour son aide à la caractérisation de nos matériaux tout au long de ce travail. J exprime ma gratitude à l ensemble des Professeurs du Département de Chimie qui ont contribué à ma formation, je les prie de bien vouloir croire à ma gratitude en espérant que ce modeste travail fera crédibilité de leurs efforts. Je voudrais également remercier tous mes camarades qui étaient à mes cotés. Leurs liens fraternels et amicaux qui ont germé dans mon esprit.

3 Dédicace Au Nom de Dieu Clément est Miséricordieux. C est avec un grand plaisir que je dédie ce modeste travail à la plus proche qui m a beaucoup encouragé à poursuivre le bon chemin, qui ma donné l amour, la tendresse et la volonté, c est grâce à toi, chère maman Merci et que Dieu te garde et te bénie. Je dédie ce travail à MON père, grande mère et grand frère AHMED, qui m ont donné tendresse et volonté. A mes frères LAIDE, BEDA, BELKASEM, ABDELHADI, YOUSEF. A mes sœurs NAIMA, KHAIRA, SAMIRA, KHANSA, HALIMA, SOUADE, A mes adorable neveux et nièces MOUSTAFA, AHMED MOUSLIM, AICHA et El Katkoute Nadir Nadjmeddine. A toutes mes amies et mes collègues de l abo DE MADAME F.BELKHADEM. A mes meilleures amies houda, naima, hayate, mary, hafsa, fatom, yamna, khaira bahia, wafia. Je tiens à remercier monsieur Morsli de sa disponibilité, ses conseils et sa passion. A tous ceux qui ont cru en ce projet et m ont encouragé tout au long de cette démarche. Faiza

4 TABLE DES MATIERES Introduction générale.1 CHAPITRE I : Généralités sur les colorants I-1 Introduction....3 I-2 Historique...4 I-3 Industrie textile...5 I-3-1 les fibres naturelles....5 I-3-2 les fibres chimiques I-4 Couleur I-5 Nature des colorants...6 I-5-1 Groupe chromophores I-5-2 Groupe auxochromes I-6 Interaction entre colorants et supports I-6-1 Les colorants à liaison physique I-6-2 Les colorants à liaison ioniques I-6-3 Les colorants à agrégats et précipités... 8 I-7 Classification des colorants textiles I-7-1 Classification chimique I Les colorants anthraquinoniques I Les colorants indigoïdes I Les colorants xanthénes I Les colorants Phtalocyanines...10 I Les colorants nitrés et nitrosés I-7-2 Classification tinctoriale I-7-1-1Les colorants acides ou anioniques I-7-2-1Les colorants basiques ou cationiques..11 I Colorants directs I Colorants a mordants...12 I Colorants réactifs I Colorants disperses.12 I-8 Utilisation des colorants I-9 Mécanisme de teinture...13 I-10 Problèmes environnementaux issus de l industrie textile...13 I-11 Dangers des rejets textiles...14 I-12 Toxicité des colorants I-13 Traitements des colorants I-13-1 Méthodes biologiques

5 I-13-2 Méthodes physiques a) Adsorption sur charbon actif b). Filtration sur membranes.. 16 I-13-3 Méthodes chimiques I-13-4 Méthodes physico-chimiques...16 CHAPITRE II : Polysaccharides : chitosane et alginate «De la mise au point à la mise en œuvre» Introduction Le Chitosane..20 II -1-1 Historique.21 II -1-2 Définition 21 II -1-3 Source de chitosane II -1-4 Préparation de chitosane...23 II -1-5 Les gels de Chitosane II -1-6 Propriétés du chitosane II Degré de Désacétylation(DD) II Cristallinité.. 25 II Solubilité II Polyélectrolytes en milie acide II Viscosité II Autres propriétés physiques et chimiques II Propriétés biologiques II -1-7 Modification du chitosane II -1-8 Quelques applications du chitosane II Traitement des eaux II Agriculture...29 II Médecine...29 II Cosmétique II Autres domaines d application Les Alginates II.2.1 Historique...31 II.2.2 Source d alginate II.2.3 Algues II Algues vertes (Chlorophycées) II Algues rouges (Rhodophycées) II Algues brunes (Phéophycées)...33 II.2-4 ALGINATE II Composition Chimique...35 II L acide Alginique...36 II Propriétés Chimiques...36 II Masses molaires moyennes 36 II Rapport M/G.. 37 II Propriétés Physiques...38 II Solubilité et viscosité II Stabilité..38 II.2-5 Processus de spherification II.2-6 Production d'alginate

6 II.2.7 Principales applications des alginates...40 II Applications dans le domaine alimentaire...40 II Applications dans le domaine textile...41 II Applications dans le domaine pharmaceutique II Applications dans les techniques de moulage CHAPITRE III : Phénomène d adsorption et techniques d analyse III.1 Introduction 47 III.2 Utilisation des polysaccharides comme adsorbants :chitosane et l alginate...48 III.3 La méthode d adsorption liquide/solide dite en batch...49 III.4 Conditions expérimentales utilisées dans le batch...50 III.4.1 Temps de contact...50 III.4.2 Masse du polysaccharide utilisée...50 III.4.3 Concentration initiale en colorant...50 III.4.4 Agitation III.4.5 Température III.5 Phénomène d adsorption...51 III.6 Différents types d adsorption...51 III.6.1 Adsorption physique (physisorption)...51 III.6.2 Adsorption chimique (chimisorption).51 III.7 Isothermes d adsorption III.7.1 Les isothermes de type C...52 III.7.2 Les isothermes de type L 52 III.7.3 Les isothermes de type H : III.7.4 Les isothermes de type S...52 III.8 Modes d adsorption...53 III.8.1 Le modèle de Langmuir...53 III.8.2 Modèle de Freundlich...54 III-9 Techniques De Caracterisation...55 III-9-1 Diffraction des rayons X (DRX) 55 III-9-2 Adsorption D azote (BET)...56

7 III Principe.56 III Surface spécifique..57 III-9-3 Microscopie électronique à balayage (MEB)...58 III-9-4 Spectroscopie d absorption UV Visible.59 CHAPITRE IV : Partie expérimentale IV.1 Etude des caractéristiques des colorants.62 IV.1.1 Nature des colorants...62 IV.1.2 Longueur d onde maximale...62 IV.1.3 Détermination du point isobestique IV.1.4 Etablissement des courbes d étalonnage IV.1. 5 La spectroscopie du colorant (Infra Rouge) IV.2 Synthèse et caractérisation des polysaccharides...67 IV.2.1 Préparation des billes de chitosane IV.2.2. Caractérisation du chitosane..68 a. Collapse des billes de chitosane b. Structure du chitosane C. La spectroscopie du chitosane (Infra Rouge).. 70 d. Microscopie électronique à balayage e. Adsorption d azote IV.2.3 Préparation des billes d alginate a. Collapse des billes d alginate.. 73 b. Structure d alginate c. La spectroscopie du l alginate de sodium (Infra Rouge) d. microscopie électronique à balayage e. Adsorption d azote IV.3 Etude d adsorption des colorants sur le chitosane et l alginate

8 IV.3.1 Etude de l effet de masse ;;.77 IV.3.2 Optimisation de la vitesse d agitation IV.3.3 Cinétique de fixation du colorant...80 IV.3.4 Influence du ph sur la fixation des colorants IV Influence du ph sur la fixation du colorant RB a. Chitosane b. Alginate IV Influence du ph sur la fixation du colorant RT a. Chitosane b. Alginate IV.4 Isothermes d adsorption des colorants IV.4.1 Isothermes d adsorption du colorant RB IV.4.2 Isothermes d adsorption du colorant RT IV.4.3 Discussion IV.5 Membranes de mélanges de polymères à base de chitosane IV.6. Préparation des billes hybrides chitosane-alginate Conclusion générale

9 Introduction générale

10 Introduction générale Les polysaccharides sont des matériaux d une importance sans cesse croissante pour l industrie. Ils ont un impact significatif sur la recherche et le développement dans des domaines aussi variés que la chimie, la biologie, la santé ou encore la protection de l environnement. Leurs propriétés exceptionnelles expliquent l engouement pour ces macromolécules naturelles, extraites de différentes origines (marine, végétale ou bactérienne). Il s est avéré que ces biopolymères à très bon marché, peuvent participer à l élaboration de nombreux produits commerciaux à haute valeur ajoutée. La résolution des problèmes d épuration exige une multitude de procédés physicochimiques et biologiques de dépollution des eaux contaminées ; notamment par des colorants. Parmi toutes les méthodes de décontamination envisageables ; les procédés d adsorption sont l une des techniques les plus répandues. Le principe du traitement par adsorption est de piéger les polluants par un matériau adsorbant. Il est largement reconnu que l adsorption sur charbon actif est devenue une méthode de choix, simple dans son utilisation et efficace. Cependant les charbons actifs (CA) commerciaux sont relativement chers ; ce qui a conduit de nombreux chercheurs à remplacer les CA par d autres matériaux adsorbants comme les polysaccharides (biopolyméres). Parmi les biopolyméres ; le chitosane et l alginate font l objet de nombreuses études, en raison de leurs grandes capacités à complexer et à fixer une large gamme de polluants environnementaux allant des matières en suspension aux ions métalliques. Parmi ces produits ; les colorants synthétiques largement utilisés dans les industries textiles et généralement rejetés dans les eaux résiduaires. Leur présence est visible, toxique et indésirable. Notre travail se situe dans ce contexte et consiste à préparer des échantillons à base des deux matériaux polysaccharides : le chitosane et l alginate afin de les tester dans la décoloration d une eau polluée par les colorants tels que le rouge Telon et le rouge Bemacide, utilisés dans l industrie textile au niveau du complexe Soitex de la wilaya de Tlemcen. Nous pensons que notre étude est une contribution encourageante à mieux comprendre un certain nombre de paramètres gérant l utilisation de ces biomatériaux en traitement des eaux. Ce mémoire comporte quatre principaux chapitres : dans le premier chapitre nous présentons quelques généralités sur les colorants et leur classification, leur utilisation et toxicité ainsi que les procédés mis en œuvre pour leur élimination.

11 Le deuxième volet est consacré aux polysaccharides testés dans cette étude, à savoir : le chitosane et l alginate. Nous donnons les sources potentielles de ces polymères ainsi que les méthodes de leurs extractions et préparations. La versatilité de ces polysaccharides permet leur utilisation dans différents domaines ; nous en donnerons quelques uns parmi les plus importants. La troisième partie traite les phénomènes d adsorption constatés lors de la décoloration des eaux polluées ; nous présentons, les différents types d adsorption ainsi que les isothermes utilisées. Dans la même partie nous essayons de justifier le choix de ces bio polymères (chitosane et alginate) comme adsorbants ; par énumération des résultats de travaux effectués dans ce domaine et des paramètres affectant leur utilisation. En fin de cette partie, les techniques de caractérisation utilisées sont énumérées et leurs principes développés. Le quatrième chapitre concerne la partie pratique ; nous donnons, en premier lieu, les caractéristiques physico chimiques des colorants utilisés. Ensuite nous présentons le protocole de préparation des billes de chitosane et d alginate, hydrogel et xérogel, et leurs caractérisations pour tester enfin leurs capacités à piéger ces polluants. Nous présentons les modes d adsorption requis pour notre cas et les grandeurs thermodynamiques liées à cette adsorption. Nous finirons par étudier la possibilité de préparation des matériaux hybrides alginate-chitosane et tester leur capacité à piéger les mêmes colorants en vu de tester un effet de synergie souhaité.

12 Chapitre I Généralités sur les colorants

13 I-1 Introduction Aujourd'hui, l'industrie des colorants constitue un secteur capital de la chimie moderne. Depuis quelques décennies, l'industrie alimentaire mondiale utilise une quantité de plus en plus importante de colorants naturels ou artificiels [1]. De point de vue application ; il faut signaler que si l industrie de fibres textiles naturelles ou synthétiques ; consomme la grande partie des colorants fabriqués dans le monde; les colorants synthétiques représentent aujourd hui un groupe relativement large de composés chimiques organiques rencontrés dans pratiquement toutes les sphères de notre vie quotidienne. La production mondiale est estimée à tonnes/an ; dont sont rejetées dans les effluents au cours des différentes étapes d application et confection. Ces rejets sont toxiques pour la plupart des organismes vivants [2]. Les colorants sont employés aussi dans différents domaines à savoir : la coloration du papier, de cuir, des matières plastiques, vernis, peintures, encres, cosmétiques, fourrures, produits alimentaires et pharmaceutiques ainsi qu en photographie (sensibilisateurs) et en biologie (coloration des préparations microscopiques) ainsi que dans les indicateurs colorés de ph [2]. Les matières colorantes se caractérisent par leur capacité à absorber les rayonnements lumineux dans le spectre visible (de 380 à 750 nm). La transformation de la lumière blanche en lumière colorée par réflexion sur un corps, ou par transmission ou diffusion, résulte de l adsorption sélective d énergie par certains groupes d atomes appelés chromophore ; la molécule colorante étant le chromogéne. Plus la facilité du groupe chromophore à donner un électron est grande plus la couleur sera intense. D autre groupes d atomes du chromogène peuvent intensifier ou changer la couleur due au chromophore : se sont les groupes auxochromes [2]. Il existe ; en effe, déférents types de colorants : qui peuvent être classés : en fonction de leur utilisation (colorant réactif, dispersé, mordant etc.) ; de leur appartenance à un groupe chimique (azoïque, anthraquinonique..) ou de leur propriété (nuance des couleurs). De manière générale, les colorants consistent en un assemblage de groupes chromophores, auxochromes et de structures aromatiques conjuguées (cycles benzéniques, anthracène, peryléne etc.) lorsque le nombre de noyaux aromatiques augmente, la conjugaison des doubles liaisons s accroit et le système conjugué s élargit. La molécule absorbe dans les grandes longueurs d onde et donne des couleurs plus foncées [2]. I-2 Historique : Les premiers colorants connus sont ceux qui ont été utilisé dans les grottes de Lascaux, des colorants naturels (pigments minéraux) qui datent du paléothique (vers av JC).

14 Vers 1500 av JC, les Egyptiens utilisaient comme colorants du safran, du pastel et de la garance. Jusqu en 1850, tous les colorants utilisés dans l alimentation étaient naturels (chlorophylle pour le vert, charbon pour le noir...etc.). En 1856, un jeune chimiste, William Henry Perkin ( ) essaya de synthétiser la quinine pour combattre le paludisme qui touchait les troupes anglaises stationnées en Inde. Ses essais l amenèrent à oxyder un dérivé de l aniline, l allyltoluidine. Il obtint un précipité rougebrun qui n avait rien à voir avec la quinine mais qui éveilla la curiosité du chimiste. Il venait de découvrir un colorant de bonne qualité pour les textiles, qu il appela pourpre d aniline, ou mauvéine. Ce fut la gloire et la richesse pour Perkin. Il venait d inventer le premier colorant synthétique utilisable par l industrie. En1882, le jaune quinoléine fut le premier colorant alimentaire à être synthétisé. Dés lors, de nombreux autres colorants furent synthétisés, remplaçant peu à peu les colorants naturels [3]. I-3 Industrie textile : Les matières textiles se rangent en deux classes : les fibres naturelles et les fibres chimiques [4]. I-3-1 les fibres naturelles : d origine végétale (les fibres cellulosiques comme le coton), animale (laine, soie) ; exp : la cellulose est un enchainement de cycles à un atome d oxygène et cinq atomes de carbone portant des groupes ОH ou CH 2 OH. Le motif est nommé cellobiose. I-3-2 les fibres chimiques : Le groupe des fibres chimiques renferme : Les fibres artificielles : elles sont élaborées par transformation des fibres naturelles. Les fibres synthétiques : obtenues par synthèse chimique, le plus souvent à partir de dérivés du pétrole. Une des premières fibres synthétiques obtenues est le nylon 6-6, sa synthèse à été mise au point par Carothers, dans les années C est la société Du Pont de Nemours qui en assura la fabrication industrielle [5]. I-4 Couleur : La couleur est due aux longueurs d onde que notre œil perçoit. Issue d un spectre, ces longueurs d onde proviennent d une source lumineuse (le soleil). Notre œil a la capacité de percevoir des longueurs d onde comprises entre 400 nm et 800 nm.

15 Figure I-1 : spectre des ondes électromagnétiques Un composé chimique parait coloré quand il absorbe, une énergie rayonnante correspondant au spectre visible. Dans ces conditions, la lumière transmise ou réfléchie par un corps donné produit la sensation de couleur. Lorsqu un composé absorbe une couleur c est la couleur complémentaire qui est transmise ; exemple le verre jaune d une ampoule électrique n absorbe pas la lumière jaune ; Il absorbe le reste et ne laisse que la lumière jaune passer. Tableau récapitulatif [6] I-5 Nature des colorants : Les colorants ont le pouvoir pour donner une certaine couleur à un produit. Cette théorie à été proposée en 1876 lors du grand essor des recherches sur les colorants de synthèse. Le groupe d atomes responsable de la coloration du composé s appelle le chromophore. Il doit être associé à un auxochrome afin de fixer les molécules colorées sur le produit, le substrat [3]. L absorption des radiations est due aux transitions électroniques entre les différentes orbitales moléculaires. Les longueurs d onde absorbées correspondent à des différences d énergie entre les orbitales. Le chimiste Witt a introduit la notion du pouvoir colorant. En faisant réagir des composés colorés avec de l'hydrogène, on constate une décoloration du composé. Witt en a déduit que toute molécule colorée renferme des groupes d'atomes insaturés, c'est à dire qu'ils possèdent une ou plusieurs liaisons doubles pour que le corps soit coloré, ces groupes d'atomes responsables de la couleur des colorants sont appelés groupes chromophores [6]. I-5-1 Groupe chromophores : Le groupe chromophore est le groupe qui donne la couleur du colorant, il est donc contenu dans tous les colorants. Il est possible de classer les colorants suivant leur groupe chromophore : Il peut s agir de dérivés : - éthyléniques avec un ou plusieurs groupes (-C=C- ou CH 3 -CH 2 ) - carbonylés (-C=O)

16 - nitrosés (-N=O) - azoïques (-N=N-) - nitrés à base de L'influence des atomes chromophores est d'ailleurs renforcée si ceux-ci sont sous forme d'ions [3]. I-5-2 Groupe auxochromes : Les groupes auxochromes, qui permettent la fixation des colorants sur les substrats, sont essentiellement : - des groupes acides (-COOH, -SO 3 H, -OH,...), permettent aussi une meilleure solubilité dans l'eau. - des groupes basiques (surtout du -NH 2 et SO - 3 parfois). Pour fixer les atomes chromophores sur le "substrat", les auxochromes peuvent par exemple utiliser leur forme polaire, c'est-à-dire sous forme d'ion. En effet, leur électronégativité crée des liaisons ioniques qui fixent le colorant sur le substrat. La deuxième propriété importante des groupes auxochromes est "d'amplifier la couleur", c'est à dire d'élargir les bandes d'absorption. Ils peuvent le faire vers les petites longueurs d'ondes (effet hypsochrome) ou vers les grandes (effet bathochrome) [3]. Tableau I.1: Principaux groupements chromophores et auxochromes, classés par intensité croissante [7]. Groupements chromophores Azo (-N=N-) Nitroso (-NO ou N-OH) Carbonyl (=C=O) Vinyl (-C=C-) Nitro (-NO2 ou =NO-OH) Sulphure (>C=S) Groupements auxochromes Amino (-NH2) Méthylamino (-NHCH3) Diméthylamino (-N(CH3)2) Hydroxyl (-HO) Alkoxyl (-OR) Groupements donneurs d électrons

17 I-6 Interaction entre colorants et supports : Les liaisons entre les colorants et différents supports sont généralement classées en trois types différents [8]. I-6-1 Colorants à liaisons physiques : Comme leur nom l indique, ces colorants développent avec leur support des interactions faibles de type Vander Waals ou liaison hydrogène. Ce sont des produits peu couteux mais qui présentent l inconvénient d être peu résistant au lavage en raison de leur faible liaison avec le support. Ils sont utilisés sur des supports à base cellulosiques comme le coton ou la viscose. Le papier est donc sa principale utilisation. I-6-2 Colorants à liaisons ioniques : Il s agit ici d un type de colorant beaucoup plus répandu dans le monde de la teinture. En effet ; les liaisons ioniques sont beaucoup plus fortes et permettent donc un meilleur accrochage sur les supports. Il ya deux types de colorants ioniques, les colorants cationiques et anioniques. Par exemple, les colorants anioniques possèdent un groupe chargé positivement et se fixent donc sur des supports possédant des groupes terminaux cationiques. On peut citer par exemple l acide picrique qui, en milieu acide, se fixe sur la soie qui est un support cationique. I-6-3 Colorants à agrégats et précipités : Ce sont des colorants de nature spéciale car ne développant pas de liaison avec leur support. Très cher, ces colorants justifient leur coût par une totale imperméabilité au lavage en raison de leur fonctionnement. En effet, le principe de ce type de colorant est le suivant : 1. Le colorant est insoluble dans l eau. On commence par ouvrir la fibre en utilisant un véhiculeur comme le bi phényle. 2. Le colorant insoluble dans la fibre pénètre dans la fibre qui à été grossi par le véhiculeur. 3. On évapore le véhiculeur par un chauffage, la fibre se referme et le colorant est emprisonné à l intérieur. I-7 Classification des colorants textiles : Les principes de classification les plus couramment rencontrés dans les industries textiles sont basés sur les structures chimiques des colorants synthétiques et sur les méthodes d'application aux différents substrats (textiles, papier, cuir, matières plastiques, etc.). I-7-1 Classification chimique : Dans le classement des colorants selon leur structure chimique il existe plusieurs types :

18 I Colorants anthraquinoniques : Sont d un point de vue commercial, les plus importants. Leur formule générale dérivée de l'anthracène montre que le chromophore est un noyau quinonique sur lequel peuvent s'attacher des groupes hydroxyles ou amino [2]. Figure I-2 : Structure moléculaire d un colorant anthraquinonique. I Colorants indigoides : Tirent leur appellation de l indigo dont ils dérivent. Ainsi, les homologues sélénié, soufré et oxygéné du bleu indigo [2]. Figure I-3 : Structure moléculaire d un colorant indigoïde. I Colorants xanthenes : Le composé le plus connu est la fluorescéine, sont dotés d'une intense fluorescence. Peu utilisés en tant que teinture, leur faculté de marqueurs lors d'accident maritime ou de traceurs d'écoulement pour des rivières souterraines est malgré tout bien établie [2]. Figure I-4 : Structure moléculaire d un colorant xanthène. I Phtalocyanines : Ont une structure complexe basée sur l'atome central de cuivre. Les colorants de ce groupe sont obtenus par réaction du dicyanobenzène en présence d un halogénure métallique (Cu, Ni, Co, Pt, etc.) [9].

19 Figure I-5 : Structure moléculaire d un colorant phtalocyanine. I Colorants nitres et nitroses : Forment une classe de colorants très limitée en nombre et relativement ancienne. Ils sont actuellement encore utilisés, du fait de leur prix très modéré lié à la simplicité de leur structure moléculaire caractérisée par la présence d un groupe nitro (-NO 2 ) en position ortho d'un groupement électrodonneur (hydroxyle ou groupes aminés) [2,10]. Figure I-6 : Structure moléculaire d un colorant nitré et nitrosé. [11] I-7-2 Classification tinctoriale : Si la classification chimique présente un intérêt pour le fabricant de matières colorantes, le teinturier préfère le classement par domaines d application. Ainsi, il est renseigné sur la solubilité du colorant dans le bain de teinture, son affinité pour les diverses fibres et sur la nature de la fixation. Celle-ci est de force variable selon que la liaison colorant- substrat est du type ionique, hydrogène, de Van der Waals ou covalente. On distingue différentes catégories tinctoriales définies cette fois par les auxochrome [2] I Colorants acides ou anioniques : Ils sont solubles dans l eau grâce à leurs groupes sulfonates ou carboxylates. Ils sont ainsi dénommés parce qu ils permettent de teindre les fibres animales (laine et soie) et quelques fibres acryliques modifiées (nylon, polyamide) en bain légèrement acide.

20 I Colorants basiques ou cationiques : Sont des sels d amines organiques, ce qui leur confère une bonne solubilité dans l eau. Les liaisons se font entre les sites cationiques des colorants et les sites anioniques des fibres. I Colorants directs : Contiennent ou sont capables de former des charges positives ou négative électrostatiquement attirées par les charges des fibres. Ils se distinguent par leur affinité pour les fibres sans application de mordant, liée à la structure plane de leurs molécules. Figure I-7 : Comportement du colorant direct en présence des fibres. I Colorants à mordants : Contiennent généralement un ligand fonctionnel capable de réagir fortement avec un sel d'aluminium, de chrome, de cobalt, de cuivre, de nickel ou de fer pour donner différents complexes colorés avec le textile. Figure I-8 : Comportement du colorant à mordant en présence du textile. I Colorants reactifs : Contiennent des groupes chromophores, leur appellation est liée à la présence d une fonction chimique réactive, assurant la formation d une liaison covalente forte avec les fibres. I Colorants dispersés : Sont très peu solubles dans l'eau et sont appliqués sous forme d'une fine poudre dispersée dans le bain de teinture. Ils sont en mesure, lors d une teinture à haute température, de diffuser dans les fibres synthétiques puis de s'y fixer. [2,12].

21 I-8 Utilisation des colorants : Les domaines d application des colorants sont nombreux et variés : - teinture et impression sur fibres et tissus de tous genres. - teinture du caoutchouc, des feuilles et des matières plastiques. - colorants pour toutes les techniques de la peinture. - préparation de la couleur à la chaux et enduits sur bâtiments. - colorants pour l impression des papiers peints. - colorants pour les vernis à alcool, les résines et les vernis nitro-cellulosiques. - préparation des rubans de machine à écrire. - préparation des craies de couleur et crayons de couleur. - préparation des denrées alimentaires. - préparation des papiers carbone. - colorants pour les emplois médicinaux. - teinture du papier. I-9 Mécanisme de teinture : Le colorant est toujours dissout ou dispersé dans un milieu extérieur à la fibre. La teinture semble alors s opérer en deux temps. Dans une première phase, il se produit une migration du colorant qui passe du milieu liquide sur la fibre et la deuxième phase consiste en la fixation de celui-ci au sein de la fibre [13]. Deux cas alors peuvent se présenter : Si le colorant possède une grande affinité pour la macromolécule textile ; il a tendance à rester à sa surface : c est une réaction chimique. Si la fibre se gonfle dans l eau ; il se forme des canaux de pénétrations dans lesquels progressent les molécules de colorants à condition qu elles ne soient pas trop grosses. Les interactions qui se produisent entre le colorant et la fibre sont des liaisons d hydrogène ou des attractions électrostatiques. Les phénomènes d adsorption ou d absorption des colorants ne sont assurés qu on présence des adjuvants connus qui facilitent en particulier la migration des colorants au sein des fibres. I-10 Problèmes environnementaux issus de l industrie textile : Le principal problème environnemental qui se pose dans l industrie textile est celui des quantités d eau rejetées et de leur charge chimique. Les autres impactes pour le traitement des eaux usés de ces industries sont la consommation énergétique, les émissions dans l atmosphère, les déchets solides et les odeurs qui peuvent représenter des nuisances significatives lors de certains traitements.