Développement d'un capteur pour mesurer en continu et in situ les teneurs en fer (III) et fer (II) ainsi que d'autres métaux dans les eaux d'exhaure des anciens sites miniers

Abstract

ette thèse s'inscrit dans une thématique de surveillance des effluents miniers. Elle a été cofinancée par le Bureau de Recherches Géologiques et Minières et le Ministère de la Recherche dans le cadre du projet Fer_On_Line, issu du réseau de Recherche et d'Innovation Technologique sur l'Eau. L'objectif de ce projet était de mettre au point un capteur électrochimique instrumenté afin de mesurer en continu et in situ les teneurs en fer(II) et fer(III) ainsi que celles d'autres éléments dans les eaux d'exhaure d'anciens sites miniers et de les transmettre par télétransmission. Le suivi de ces éléments " marqueurs " renseigne sur l'évolution d'ensemble des effluents miniers d'un site donné. Il a été montré que la mesure de la concentration du fer [fer(II) et/ou fer(III)] dans les effluents miniers de deux anciens sites (Chessy et Carnoulès) était possible par détection ampérométrique, en même temps que celle du cuivre(II) [Chessy]. Une autre espèce, l'arsenic(III) [Carnoulès], a pu être détectée mais non quantifiée. Une cellule électrochimique à jet noyé adaptée aux mesures in situ et à un environnement comme celui des eaux issues du drainage minier acide a été conçue et réalisée, ainsi que l'électronique associée. Le prototype constitué de la cellule incluant le capteur ampérométrique et du dispositif de mesure a été implanté sur le site de Carnoulès où le suivi de la concentration du fer(II) a été effectué pendant 7 jours. Les résultats ont montré d'une part une très bonne concordance entre les valeurs déterminées par ampérométrie et celles obtenues par colorimétrie et d'autre part, une durée de vie du capteur ampérométrique très prometteuse pour la suite de l'étude.This thesis deals with mining effluents monitoring. It has been cofinanced by the Office of Geological and Mining Research and the Ministry of Research within the scope of the Fer_On_Line project, resulting from the network of Research and Technological Innovation on Water. The purpose of this project was to develop an electrochemical sensor for the continuous and in situ determination of iron(II) and iron(III) levels, as well as other elements, in acid mine drainage waters from abandoned mining sites and to transmit them by telemetry. The follow-up of these elements "markers" informs about the overall evolution of the mining effluents from a given site. It has been shown that the concentration measurement of iron [iron(I) and/or iron(III)] in the mining effluents from two abandoned sites (Chessy and Carnoulès) was possible by amperometric detection, as well as copper(II) measurement [Chessy]. Another species, such as arsenic(III) [Carnoulès], could be detected but not quantified. An electrochemical cell using impinging jet flow adapted for in situ measurements of acid mine drainage waters has been designed and carried out, as well as associated electronics. The prototype composed of the cell including the amperometric sensor and the measurement instrument has been established on the site of Carnoulès where continuous and in situ measurements of iron(II) level has been carried out during 7 days. The results showed not only a very good agreement between the values determined by amperometry and those obtained by colorimetry but also a good life time of the amperometric sensor. Thus, the continuation of the study is very promising.CHATENAY MALABRY-Ecole centrale (920192301) / SudocSudocFranceF