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Diagnostic environnemental de la gare routière (pollution atmosphérique par TSP et métaux lourds)

( Télécharger le fichier original )
par Abdellah SBARGOUD
Université Mouloud MAMMERI TIZI-OUZOU - Ingénieur d'état en Ecologie et Environnement 2009
  

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I. La station de prélèvement (gare routière de Tizi-Ouzou)

La gare routière est localisée à la rentrée nord ouest de la ville de Tizi-Ouzou, à proximité de la route nationale n°12, qui mène vers Alger. Les caractéristiques de cette station sont présentées dans le tableau suivant :

Tableau XVI : Caractéristiques de la gare routière de Tizi-Ouzou

Surface

Bus

Nombre de voyageurs par jour

Nombre d'ouvriers

(chauffeurs inclus)

 

Avant 2000

En 2009

nombre

Age moyen

 
 

410

90% moins de 10 ans

30000

909

20000 m2

8000 m2

Source : Entreprise gare routière de Tizi-Ouzou (2009).

Figure 15 : La gare routière de Tizi-Ouzou.

Figure 16 : Le parc automobile de la gare routière de Tizi-Ouzou.

II. Matériels de prélèvement 

Il comporte : 

Ø Une pompe de prélèvement d'un débit moyen de 1,5 m3/h.

Ø Un porte-filtre de diamètre 47 mm avec un filtre de membrane.

Ø Des boites de pétri pour le stockage des filtres avant et après le prélèvement.

Ø Un tuyau souple de connexion pompe-échantillonneur.

Ø Un débitmètre (compteur de l'air) pour la mesure de l'air aspiré.

Ø Une pince spéciale filtres pour éviter la contamination des filtres lors de la collecte et de l'analyse.

Ø Un générateur de courant électrique pour faire fonctionner la pompe à air.

Figure 17: Schéma du dispositif de prélèvement.

Le dispositif de prélèvement se compose de trois parties essentielles (figure 17) :

A. La pompe à air.

B. Le filtre et le porte-filtre de collecte des particules.

C. Le débitmètre (compteur de l'air).

III. Description et prélèvement des particules totales en suspension (TSP) dans l'air

Le dispositif sus-cité est placé au balcon, en premier étage du siège de la direction de la gare routière de Tizi-Ouzou (vue Ouest) à six mètres (06 m) du sol (figure 18).

Figure 18 : Localisation de la station de prélèvement.

La pompe de prélèvement (A) alimentée par un courant électrique, aspire l'air, ce dernier passe à travers le porte-filtre (B). Les particules en suspension (TSP) sont retenues par le filtre de nitrate de cellulose, 47mm de diamètre et d'une porosité 0.8um. Le volume d'air échantillonné est donné par un débitmètre (C) placé entre le porte-filtre et la pompe de prélèvement.

Pour déterminer les teneurs en TSP sur les filtres, nous avons suivi le procédé suivant : Chaque filtre est mis dans une boite de Pétri numérotée, à l'aide d'une balance de précision (microbalance avec 5 chiffre après la virgule), nous avons pesé chacun avant et après la collecte. Les échantillons sont conservés dans un dessiccateur à une température ambiante pour éviter une éventuelle contamination.

La durée de prélèvement est de 24 heures, le premier filtre est placé à 7h du matin du premier jour de prélèvement (20 janvier 2009), le deuxième jour (21 janvier 2009) à la même heure, nous placerons le deuxième filtre, et ainsi de suite tout au long de la période de prélèvement qui s'étale : de 20 janvier 2009 au 14 février 2009 pour la période hivernale

et du 10 mai 2009 au 12 mai de la même année pour la période printanière.

IV. Dosage et analyse par la spectrométrie par fluorescence X (X.R.F) 

Pour un bon déroulement de l'analyse par la XRF nous devons suivre les étapes ci-dessous :

IV.1. Préparation des filtres 

L'ensemble des filtres utilisés pour la collecte des TSP sont de nombre de 38, répartis dans le temps de prélèvement comme l'indique le tableau suivant :

Tableau XVII : Répartition des prélèvements dans le temps.

Date de prélèvement

Temps de prélèvement

(heure)

Nombre de filtres utilisés

Caractéristiques physico-chimiques du filtre

20/01/2009 au 14/02/2009

24 heures (un filtre changé

chaque matin à 07h)

26 filtres

-Nature chimique : Nitrate de cellulose.

-Diamètre : 47 mm.

- Porosité : 08um.

-Temps de colmatage :

72heures maximum

15/02/2009

02 heures (un filtre changé

chaque 2h de 08h jusqu'au 18h)

06 filtres

10/05/2009 au

12/05/2009

24 heures (un filtre changé

chaque matin à 07h)

03 filtres

18/05/2009

-07h à 12h.

-12h à 17h.

-17h à 07h.

03 filtres

Filtre vierge Filtre pollué

La figure 19 : La différence dans un filtre avant et après la collecte.

IV.2. Préparation des filtres standards 

Les filtres standards ou standards chimiques servent comme référence lors de calculs des concentrations des éléments à rechercher dans les filtres échantillonnés.

Ce sont des filtres qu'on prépare à partir des produits de pureté connue par dissolution acide ou aqueuse selon le corps à dissoudre, on procède ensuite aux dilutions nécessaires pour effectuer les mélanges.

Pour la préparation de filtres standards, nous avons prélevé 30ul de chaque élément métallique pour chaque groupe à l'aide d'une micropipette, ce volume est versé sur des filtres vierges de même nature que ceux utilisés lors de l'échantillonnage de l'air. Les filtres sont séchés dans l'étuve à une température de 30 0C.

En tenant compte de la compatibilité chimique des éléments métalliques entre eux et de l'interférence des pics lors de l'analyse par la XRF, nous avons constitué quatre groupes de mélanges suivants (figure 20) :

Ø « ST1 » constitue par : V, Se, Ni et Zn.

Ø « ST2 » constitue par : Hg, Pb, Cu, CO et Mn.

Ø « ST3 » constitue par : Sr, Fe, Cr et As.

Ø « ST4 » constitue par : Sn, Cd, Ag et Sb.

Figure 20 : Préparation des filtres standards.

Les concentrations dans les standards sont connues, elles sont de l'ordre de 30ug par ul (C = 30ug/ul) sauf pour l'antimoine (Sb) la concentration lors de la préparation est égale à 17,39 ug/ul.

Pour un élément donné (ex : Cd), la masse déposée sur le filtre résulte de la formule suivante :

M (ug) =


Avec :

M : La masse de l'élément déposé sur le filtre (ug).

Me : La masse moléculaire de l'élément (g).

Mp : La masse pesée du réactif.

Mr : La masse moléculaire du réactif

V1 : Volume prélevé de la solution mère.

V2 : Volume prélevé pour la dilution (ml).

V3 : Volume final de la dilution (ml).

a : La pureté du réactif.

IV.3. Préparation des filtres blancs 

Les filtres blancs ou les blancs, sont des filtres de même nature que ceux utilisés dans les prélèvements (figure 21), sauf que, cette fois-ci nous les faisons analyser par la XRF à leur état vierge, cela est dans le but de déterminer les impuretés des éléments métalliques contenues dans ces filtres.

Figure 21: Le filtre blanc ou filtre vierge.

IV.4. Les sources d'excitations et l'irradiation des filtres 

Pour l'analyses des différents filtres (échantillonnés, standards et blancs), nous avons choisi trois sources d'excitations (émettrices de rayonnements X), elles sont utilisées pour l'excitation atomique des dépôts sur les filtres. Ces trois sources et leurs caractéristiques sont montrées dans le tableau XVIII.

Tableau XVIII : Caractéristiques des sources d'excitation utilisées.

Source

Energie des éléments dosés

Eléments dosés

Cadmium109 (Cd109)

faible énergie (E .

Se, Ni, Zn, Cu, Co, Mn, Sr, Fe, Cr, As et Hg

l'Américium241 (Am241)

forte énergie (E ).

Ag, Cd, Sn et Sb

Fer56 (Fe55)

très faible énergie

(5,9 à 6,5 Kev)

V

Source : Centre de recherche nucléaire d'Alger.

Lors de l'irradiation par les rayons X, nous avons fixé un temps d'acquisition de 2400s pour chaque filtre et par chaque source d'excitation. A titre d'exemple : Le filtre F1 est excité pendant 2400s par Cd109, 2400s par Am241 et 2400s par Fe55.

Les résultats de l'irradiation des filtres par les rayons X sont enregistrés sous forme de spectres (base de données caractérisant les dépôts sur chaque filtre) dans le Pc grâce au logiciel de la XRF.

III.5. Dépouillement spectral 

Le logiciel nous a donné  pour chaque filtre l'aire du pic qui caractérise chaque élément métallique contenu dans le filtre, à savoir : La date de l'irradiation, le temps d'acquisition (2400s), le numéro atomique, la raie ou la couche irradiée (k, l, m...), l'énergie, l'intensité et l'erreur probable de l'intensité (Tableau XIX).

Tableau XIX : Exemple des résultats donnés par le logiciel de la XRF.

 
 
 
 
 

Converted us

ing Specon

v1.20

 
 

$MEAS_TIM:

 
 
 

2400

2404.28

 
 
 

$DATE_MEA:

 
 
 

03/05/2020

09 06:43

:24

 
 

$MCA_CAL:

 
 
 
 
 
 
 
 
 

9,18E-41

2,75551

3,00E-40

 
 
 

F1

 
 
 
 

Z/K/L

Energie

Intensité

Erreur

 

18 1

2.957

121.

13.

 

19 1

3.313

10.

8.

 

20 1

3.691

21.

8.

 

21 1

4.089

11.

7.

 

22 1

4.509

-10.

9.

 

23 1

4.950

0.

7.

 

24 1

5.412

11.

7.

 
 
 
 
 
 

Ce qui nous intéresse, est de connaitre les éléments présents dans chaque filtre (analyse qualitative), et surtout leurs concentrations (analyse quantitative), pour cela, nous avons adopté la méthode de comparaison suivante :

Nous allons comparer l'aire du pic dans le standard pour un élément donné, avec l'aire du pic de l'élément recherché dans l'échantillon, tout en faisant soustraire l'air du pic de blanc.

La concentration (Cx) d'un élément métallique dans l'échantillon est donnée par la formule suivante :

Cx =

Avec :

Ie : Intensité de l'élément dans l'échantillon.

Ib : Intensité de l'élément dans le blanc.

Ist : Intensité de l'élément dans le standard.

M : La masse de l'élément dans le standard (ug).

V : Volume de l'air aspiré par la pompe à air (m3).

CHAPITRE V :

Après collecte, pesé et analyse des filtres échantillonnés, nous nous sommes arrivés à deux types de résultats : Les teneurs des filtres en particules totales en suspension (TSP) dans l'air, et la présence des métaux lourds dans ces dernières (TSP).

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"Ceux qui vivent sont ceux qui luttent"   Victor Hugo