TRAITEMENT DES DECHETS
ISSUS DU TRI SELECTIF " BIDON FUTE "

NOTE D'INTRODUCTION :

La d�marche "Bidon Fut�" permet certes de contribuer � la pr�servation de l'environnement en collectant les effluents de travaux pratiques au lieu de les rejeter � l'�vier, mais peut aussi permettre de sensibiliser les �l�ves au "comment" du traitement des d�chets chimiques et au devenir de ceux-ci apr�s traitement.
On pourrait ainsi �viter que les "bidons fut�s" ne deviennent une sorte de "bo�tes noires", �quivalents p�dagogiques du siphon de l'�vier...
Le T.P. propos� ici permet de concr�tiser jusqu'� son terme ultime la d�marche "Bidon Fut�" de tri s�lectif des d�chets chimiques, telle qu'elle a �t� mise en place au Lyc�e Louis Vincent de Metz, en faisant appel aux comp�tences acquises en classe de seconde.
Il peut faire suite � la visite du pilote de traitement des d�chets chimiques situ� dans le laboratoire de G�nie Chimique du Lyc�e ou � une d�monstration r�alis�e en classe � l'aide du mini-pilote didactique r�alis� par le Lyc�e (renseignements disponibles sur demande).

Place dans la progression:

Cette s�ance de travaux pratique pourrait id�alement prendre place en fin de premier trimestre, une fois achev�e la premi�re partie "Chimie des champs et des jardins" (dont il reprend de nombreuses notions en pr�-requis) et apr�s le T.P. sur la notion d'�l�ment chimique.
La d�marche "Bidon Fut�" �tant en principe appliqu�e tout au long de l'ann�e, ce T.P. peut n�anmoins �tre r�alis� au moment jug� opportun par chacun.

Polycopi� distribu� aux �l�ves:

Les 8 pages suivantes forment le polycopi� distribu� aux �l�ves (nous avons fait figurer en bleu les r�ponses attendues dans le cas d'exp�riences r�ussies). Il consiste en 2 feuilles A3 recto-verso pouvant constituer, une fois pli�es, un livret format A3.
La 1^�re feuille (pages 3,4,9 et 10 ci-apr�s) est distribu�e pendant le cours pr�c�dant la s�ance de T.P. Les pages 3 et 4 sont exploit�es en faisant le point sur la visite du pilote et exploitant les notes prises par les �l�ves � cette occasion.
La 2^�me feuille (pages 5,6,7 et 8) est distribu�e en d�but de s�ance de T.P.
Les pages 9 et 10 sont exploit�es lors du cours suivant ("d�briefing" du T.P.). C'est l'occasion d'une sensibilisation des �l�ves aux probl�mes d'�cotoxicologie et de long terme et de pr�ciser la notion de d�chet.

R�actifs utilis�s:

Les solutions ioniques propos�es ici ne sont qu'indicatives, chaque coll�gue �tant libre d'adapter les compositions � sa propre progression. Nous avions retenu le test de d�coloration d'une solution (K⁺ + MnO₄^-) par le zinc en pr�sence d'ions NO₃^- pour la mise en �vidence des nitrates et le cuivre pour le TP "�l�ments chimiques". Cela explique notre choix.
Les concentrations indiqu�es pour la solution � traiter (voir la liste de produits et mat�riel) r�sultent d'un compromis entre :
- la n�cessit� d'avoir un g�teau de filtration appr�ciable et donc un volume de pr�cipit� suffisant
- le soucis d'�viter la formation de MnO2 .
Le zinc est utilis� en poudre plut�t qu'en grenaille afin de diminuer la dur�e de la premi�re exp�rience (aire sp�cifique beaucoup plus favorable). Il permettra �galement de visualiser le g�teau de filtration sur le papier filtre quel que soit le volume de ce g�teau.

Exp�rience 1: Traitement de la solution oxydante.
3 gouttes d'acide nitrique � 50 % sont suffisantes pour une d�coloration en moins de 5 minutes. Davantage d'acide demandera d'autant plus de soude pour neutraliser avant de pouvoir pr�cipiter les hydroxydes m�talliques (exp�rience 2).

Exp�rience 2: Pr�cipitation des hydroxydes m�talliques.
Ajouter la soude � la solution d�cant�e (ne pas agiter avant l’ajout de la soude) afin de pouvoir visualiser l'apparition du pr�cipit� blanc dans le surnageant (le ph�nom�ne serait moins visible avec la poudre de zinc en suspension).
Les hydroxydes m�talliques obtenus ne se redissolvent qu'� pH =14. Il est donc peu probable de perdre du pr�cipit� ainsi.

Exp�rience 3: Filtration.
. S'il reste un peu de temps il peut �tre int�ressant de traiter le filtrat devant les �l�ves:
- ajout d'un peu de soude: on ne devrait en principe voir aucun pr�cipit� d'hydroxyde m�tallique
- il suffit alors de neutraliser la solution (mesure au papier pH par un �l�ve) avec de l'acide chlorhydrique (pour �viter de rejeter des ions nitrate) avant de rejeter celle-ci � l'�vier devant les �l�ves.

Exp�rience 4: Pluies acides.
La lixiviation est un peu lente. Si le temps presse il est possible de r�-utiliser les fioles � vide de l'exp�rience 3 � condition de les rincer soigneusement pour qu'il n'y ait aucune �quivoque sur la provenance du pr�cipit� obtenu par ajout de soude au lixiviat.

TRAITEMENT DES DECHETS
ISSUS DU TRI SELECTIF " BIDON FUTE "

INTRODUCTION

Dans le cadre g�n�ral de l'op�ration "Bidon Fut�", un tri s�lectif des d�chets chimiques issus des s�ances de travaux pratiques a �t� mis en place au Lyc�e. Selon leur nature, ces d�chets sont stock�s dans des bidons de diff�rentes couleurs.
Ce T.P. va permettre de r�aliser sur paillasse les diff�rentes �tapes du traitement que vont subir ces d�chets chimiques une fois collect�s.
Il va �galement permettre de r�fl�chir � l'impact sur l'environnement de la collecte, du traitement et du stockage final de ces d�chets.
Les trois premi�res manipulations correspondent au traitement des d�chets tel qu'il est pratiqu� dans l'industrie. La derni�re manipulation permet d'�tudier l'influence des pluies acides sur les d�chets mis en d�charge sans pr�caution particuli�re.

Rappels:

1/ - Les bidons blancs contiennent un m�lange d'acides et de bases. Les solutions doivent �tre neutralis�es (le pH doit �tre ajust� � une valeur voisine de 7 ) avant d'�tre rejet�es � l’�gout. Cette op�ration est effectu�e dans la cuve (C1) (possibilit� d’ajout automatique d'une solution acide ou d'une solution basique).

2/ - Les bidons bleus contiennent des cations m�talliques. On effectue la pr�cipitation de ces m�taux sous forme d'hydroxydes. Cette op�ration est effectu�e dans la cuve (C2). Les ions hydroxyde sont apport�s par une solution de lait de chaux ou hydroxyde de calcium ( Ca²⁺ + 2 HO^- ). La solution est ensuite d�cant�e dans la cuve (D). Les boues obtenues sont ensuite filtr�es. Elles seront envoy�es , apr�s une �ventuelle stabilisation en d�charge contr�l�e . Si les op�rations ont �t� conduites correctement, le filtrat est alors purifi� de ses polluants. Il sera envoy� � l’�gout apr�s v�rification et neutralisation.

3/ - Les bidons jaunes contiennent des oxydants. Il faut "d�barrasser" la solution de ce caract�re oxydant. On appelle cela une r�duction (la th�orie sera vue en classe de premi�re). Cette op�ration est r�alis�e dans la cuve (C1) (possibilit� d’ajout automatique d'une solution r�ductrice) o� on ajuste �galement le pH pour optimiser la r�action. La suite du traitement est alors similaire au paragraphe pr�c�dent (cuves C2 et D).

Nous allons traiter dans le cadre de ce TP le contenu d'un bidon jaune (oxydants), car cela va nous permettre d'examiner plus en d�tail chacune des �tapes d�crites ci-dessus.

1/ TRAITEMENT DE LA SOLUTION OXYDANTE:

Prendre le petit bidon jaune disponible sur la paillasse. Lire le contenu sur l'�tiquette renseign�es par les utilisateurs. Le bidon jaune contient: ( K⁺ + MnO₄^- ) et ( Cu²⁺ + SO₄^2- ).
Sur le pilote on utilise pour traiter la solution oxydante une solution d'ions sulfite. Nous allons utiliser de la poudre de zinc pour nous rapprocher des TP d�j� r�alis�s en classe de seconde. Mais le principe est rigoureusement le m�me.
Le pH doit �tre acide pour �viter l'apparition de produits non souhait�s (r�actions parasites). Pour acc�l�rer la r�action nous allons ajouter un catalyseur, ici les ions nitrate. (cf TP identification des ions).
Qu'est ce qu'un catalyseur ? C'est une substance chimique qui augmente la vitesse de la r�action mais qui n'appara�t pas dans l'�quation bilan.
Donner 2 exemples de catalyseurs vus en cours: catalyse homog�ne: ion nitrate (cf ci-dessus).
catalyse h�t�rog�ne: fer ( synth�se de NH₃ )

1.1 MODE OPERATOIRE: Sch�ma:

- verser la moiti� du contenu du flacon jaune dans un b�cher.
- ajouter quelques gouttes d'acide nitrique concentr� � l'aide du compte gouttes.
- ajouter une spatule de poudre de zinc (d�licatement pour �viter les projections ).
- agiter doucement
- laisser d�canter quelques minutes

A quoi sert l'acide nitrique ? - � obtenir un pH acide
- � fournir les ions nitrates (catalyseur)

1.2. OBSERVATIONS:

- d�coloration du permanganate de potassium
- d�coloration du sulfate de cuivre dont la couleur �tait masqu�e par celle du permanganate de potassium.

1.3 INTERPRETATION:

- r�action complexe de d�coloration du permanganate de potassium par le zinc en pr�sence d'ions nitrate NO₃^- (cf TP identification des ions)
- r�action des ions Cu²⁺ avec le zinc m�tal (Cu²⁺ + Zn � Cu + Zn²⁺ ) (cf TP sur l'�l�ment cuivre)

Pour l'�tape de pr�cipitation on utilise sur le pilote du lait de chaux ( Ca²⁺ + 2 HO^- ). Dans ce T.P. nous allons utiliser une solution de soude.
Quel est le nom scientifique de la solution de soude ? Quelle est sa formule chimique?
solution d'hydroxyde de sodium ( Na⁺ + HO^- )

Lait de chaux ou soude ne change rien au principe de l'op�ration: il s'agit dans les deux cas d'apporter des ions hydroxyde.

2.1 MODE OPERATOIRE: Sch�ma:

- ne pas agiter avant d'ajouter la soude
- ajouter dans le surnageant de la solution d�cant�e quelques gouttes de soude concentr�e � l'aide du compte-gouttes.
- agiter doucement
- laisser reposer

2.2 OBSERVATIONS:

Apparition d'un pr�cipit� blanc (ou blanc-rose ) dans le surnageant qui se m�lange � la poudre de zinc en suspension.

2.3 INTERPRETATION:

3. FILTRATION:

3.1 MODE OPERATOIRE: Sch�ma:

- placer le papier filtre sur le b�chner., humidifier l�g�rement le papier filtre.
- mettre en route la trompe � vide :
a/- ouvrir le robinet d'eau
b/- connecter le tuyau en caoutchouc � la fiole � vide (robinet d'aspiration en position ferm�e)
- mettre en suspension le pr�cipit� en agitant un peu
- verser le contenu du becher sur le filtre, observer.
- ouvrir le robinet d'aspiration de la trompe � vide, observer.
- quand la filtration est achev�e, fermer le robinet d'aspiration, d�connecter le tuyau en caoutchouc puis fermer le robinet d'eau.

Le filtrat sera r�cup�r� dans un bidon sp�cial pour v�rification et �ventuel traitement compl�mentaire par le professeur avant rejet � l’�gout.

3.2 OBSERVATIONS:

- on r�cup�re un filtrat incolore
- la filtration est beaucoup plus facile avec le robinet d'aspiration ouvert.
- on obtient un g�teau gris fonc�.

3.3 INTERPRETATION:

- Les pr�cipit�s (blancs)sont retenus par le papier filtre de m�me que la poudre de zinc (noire)
� on obtient un g�teau de filtration gris fonc�.

- La filtration est facilit�e lorsque la fiole est "sous vide". En fait, comme on cr�e une d�pression dans la fiole (c.a.d. que l'on y fait r�gner une pression inf�rieure � la pression atmosph�rique), c'est la pression atmosph�rique qui "pousse" le liquide � travers le g�teau de filtration.

4. SIMULATION DE L'ACTION DES PLUIES ACIDES:

Les g�teaux de filtration peuvent ( et doivent) �tre stock�s dans des d�charges sp�cialis�es. M�me enterr�s ces d�chets seront soumis � l'action des eaux de pluies (rappelons-nous du lessivage dans le cycle de l'azote). La situation est m�me aggrav�e quand les eaux de pluie sont acides, ce qui est malheureusement assez fr�quent aujourd'hui.
Citer un corps responsable des pluies acides ? le dioxyde d'azote NO₂ (voir le cycle de l'azote )
Nous allons simuler l'action de ces pluies acides sur les g�teaux stock�s en d�charge en faisant percoler une solution acide � travers le g�teau.
Remarque: En g�n�ral les pluies acides sont moins acides que la solution utilis�e. Nous utilisons celle-ci pour accentuer les r�sultats.

4.1 MODE OPERATOIRE: Sch�ma:

- mettre un fond d'eau distill�e dans l'erlenmeyer ( pour simuler la nappe phr�atique )
- verser un peu de solution d'acide nitrique sur le g�teau toujours en place sur le b�chner
- � la fin de l'op�ration ajouter quelques gouttes de soude au contenu de l'erlenmeyer. Observer.
- effectuer la m�me op�ration dans un tube � essai t�moin contenant un peu de solution acide. Observer.
A la fin de l'op�ration placer les g�teaux de filtration dans la poubelle idoine et vider les fioles � vide dans le bidon fut� appropri�. Lequel ?
Bidon bleu (m�taux)

4.2 OBSERVATIONS:

Le liquide r�cup�r� dans l'erlenmeyer est incolore
On observe la formation d'un pr�cipit� dans la fiole � vide mais pas dans le tube � essais.

4.3 INTERPRETATIONS:

Nous avons mis en �vidence la pr�sence de cations m�talliques dans la fiole � vide (ici des ions Zn²⁺ et des ions Mn²⁺ )Une fraction du g�teau s'est donc redissoute par ajout d'acide.
Le m�me ph�nom�ne � d�j� �t� constat� lors du TP test d'identification des ions. Donner un exemple:
redissolution du pr�cipit� d'hydroxyde de baryum par ajout d'acide.

5. CONCLUSION:

Des traitements chimiques permettent de d�barrasser les solutions de leur caract�re oxydant, dangereux pour les cellules des organismes vivants (cf. exp�rience 1).
D'autres traitements permettent d'�liminer les ions m�talliques des eaux � purifier. Ainsi la pr�cipitation permet de passer d'ions m�talliques aqueux, difficilement isolables, � des pr�cipit�s d'hydroxydes m�talliques (cf. exp�rience 2), donc solides et facilement s�parables par d�cantation et par filtration (cf. exp�rience 3). Ce proc�d� est couramment utilis� dans les stations de traitement d'eau.
Si les d�chets chimiques solides (p.e. d�chets de TP, certaines boues de stations d'�puration, cendres d'incin�rateurs ...) sont plac�s sans pr�caution dans une d�charge, l'eau de pluie peut provoquer une dissolution partielle de certains compos�s et entra�ner ceux-ci vers la nappe phr�atique. On appelle ce ph�nom�ne la lixiviation (cf. exp�rience 4).

(Voir en annexe � titre indicatif les effets �cotoxicologiques du sulfate de cuivre et du sulfate de zinc)

Pour �viter ce probl�me on proc�de � des tests de lixiviation sur les d�chets afin de d�terminer si ceux-ci doivent �tre stabilis�s (enrobage � l'aide de mati�res inertes). Si leur composition le justifie, ils sont ensuite stock�s dans des d�charges sp�ciales dites "d�charges contr�l�es". Celles-ci sont situ�es sur des sites g�ologiques particuliers o� une couche imperm�able du sous-sol permet de prot�ger les nappes phr�atiques. Elles sont par ailleurs �quip�es d'un syst�me de captage des eaux de ruissellement.

Pour finir, pr�cisons que la notion de d�chet est li�e � la notion d'utilisateur. Ainsi les vieux papiers, le verre usag� ou les bouteilles vides en plastique sont pour nous des d�chets. Pour certaines soci�t�s de recyclage il ne s'agit pas de d�chets mais de mati�res premi�res valorisables...
Peut-�tre en sera-t-il de m�me dans un proche avenir pour nos d�chets de TP si nous parvenons � leur trouver une fili�re de valorisation.
En mati�re d'environnement, il faut toujours penser long terme car

"Nous ne sommes pas les propri�taires de la plan�te sur laquelle nous vivons,
nous n'en sommes que les g�rants " 
(Commandant Jacques Yves Cousteau).

EFFETS ECOTOXICOLOGIQUES DU SULFATE DE ZINC : ( Zn²⁺ + SO₄^2- )

P�riode l�tale: laps de temps durant lequel les poissons sous essai subissent des l�sions telles que le fait de les remettre dans l'eau fra�che ne les emp�chera plus de mourir.
La dose l�tale est d'autant plus faible que la p�riode d'exposition est longue.
Les effets � tr�s long terme d'exposition � des concentrations tr�s faibles sont encore mal connus.

EFFETS ECOTOXICOLOGIQUES DU SULFATE DE CUIVRE : ( Cu²⁺ + SO₄^2- )

Lorsque sulfate de cuivre et sulfate de zinc sont m�lang�s, leurs effets toxiques sont multipli�s plusieurs fois !!!

� Cela doit vous faire r�fl�chir sur les effets �cotoxicologiques du lixiviat obtenu dans la partie n� 4 du T.P.!!!

( source: Les eaux industrielles r�siduaires. Meinck, Stooff et Kohlsch�tter. Masson �diteur )

LISTE DE MATERIEL

PREVOIR POUR CHAQUE BINOME:

- 1 fiole � vide 500 ml avec potence, noix et pince
- 1 b�chner avec papier filtre
- 1 trompe � vide (1 par paillasse suffit)
- 1 b�cher de 250 ml
- 1 b�cher de 50 ml
- 1 agitateur en verre
- 1 �prouvette gradu�e de 25 ml
- 1 erlenmeyer de 250 ml
- 1 spatule
- 1 pissette d'eau distill�e
- 1 tube � essai avec porte-tubes
- du papier essuie-tout
- acide nitrique 50 % en flacon compte-gouttes
- acide nitrique 0.1 M
- soude 5 M en flacon compte-gouttes
- poudre de zinc
- 1 flacon jaune contenant 100 ml (50 ml pour chaque groupe) d'une solution 0.01 M de permanganate de potassium et 0.1 M de sulfate de cuivre.

POUR L'ENSEMBLE DE LA CLASSE:

- 1 bidon fut� bleu
- 1 bidon fut� jaune
- 1 bidon fut� blanc
- 1 poubelle pour les g�teaux de filtration
- 1 flacon de lait de chaux et d'eau de chaux (pour montrer aux �l�ves)

Pour  T�l�charger le TP (zip 64 ko) (word6)

Retour

page d'accueil

RETOUR Bidon Fut�