Étude d’optimisation de la réduction du cadmium dans l’acide phosphorique industriel : Modélisation thermodynamique et développement de nouvelles approches et d’adsorbants naturels

    Le Doyen de la Faculté des Sciences et Techniques de Béni Mellal porte à la connaissance du public que Madame Raja BELKHAIR soutiendra une thèse de Doctorat intitulée : «Étude d’optimisation de la réduction du cadmium dans l’acide phosphorique industriel : Modélisation thermodynamique et développement de nouvelles approches et d’adsorbants naturels ».

    La soutenance publique aura lieu le Samedi 25 avril 2026 à 10h30 à l'Ecole Nationale des Sciences Appliquées de Khouribga, devant le jury composé de :

• Monsieur EL KOUALI M'hammed : Professeur, Faculté des Sciences Ben M'Sik, Université Hassan II, Casablanca, Président ;

• Monsieur KHAMAR Mohamed : Professeur, École Supérieure de Technologie, Université Mohammed V, Salé, Rapporteur ;

• Monsieur ERROUGUI Abdelkbir : Maître de Conférences Habilité, Faculté des Sciences Ben M'Sik, Université Hassan II, Casablanca, Rapporteur ;

• Monsieur TOUIL Salah : Professeur, École Nationale des Sciences Appliquées, Université Sultan Moulay Slimane, Khouribga, Rapporteur ;

• Monsieur ABDENNOURI Mohamed : Professeur, Faculté Polydisciplinaire, Université Sultan Moulay Slimane, Khouribga, Examinateur ;

• Monsieur TABIT KAMAL : Maître de Conférences Habilité, École Nationale des Sciences Appliquées, Université Sultan Moulay Slimane, Khouribga, Examinateur ;

• Monsieur KADIRI My Saddik : Professeur, École Nationale des Sciences Appliquées, Université Sultan Moulay Slimane, Khouribga, Co-directeur de thèse ;

• Monsieur KHAMAR Lhachmi : Maître de Conférences Habilité, École Nationale des Sciences Appliquées, Université Sultan Moulay Slimane, Khouribga, Directeur de thèse. 

Résumé:

    En raison de sa forte toxicité, de sa persistance dans l’environnement et de ses impacts sur la santé humaine, la présence du cadmium dans la majorité des acides phosphoriques produits par voie humide à partir de roches phosphatées sédimentaires constitue un enjeu environnemental et industriel majeur. Cette thèse s’inscrit dans ce contexte et vise à développer des approches durables et compétitives permettant de réduire efficacement la teneur en cadmium dans l’acide phosphorique industriel.

    Dans une première étape, une étude expérimentale a été menée à l’échelle du laboratoire sur des solutions d’acide phosphorique synthétique de composition proche de celle de l’acide industriel. L’optimisation des conditions opératoires a été réalisée à l’aide de la méthodologie des surfaces de réponse (RSM) basée sur un plan composite central (CCD). Les résultats ont mis en évidence l’influence significative de la température, de la concentration en acide sulfurique et de la teneur en calcium sur l’élimination partielle du cadmium, notamment par formation et précipitation de phases minérales.

    Afin d’approfondir la compréhension des mécanismes physicochimiques impliqués, une modélisation thermodynamique du système polyélectrolytique complexe a été conduite. Le modèle de Debye-Hückel a permis de décrire les propriétés globales du milieu ainsi que la coprécipitation du cadmium avec le gypse (CaSO₄·2H₂O). Toutefois, compte tenu de certaines limitations dans la représentation des équilibres du cadmium, le modèle semi-prédictif de Pitzer a été mobilisé. Celui-ci s’est révélé plus robuste et a montré une excellente concordance avec les résultats expérimentaux. Il a permis d’identifier les principales espèces dissoutes (Cd²⁺, CdSO₄⁰, Cd(SO₄)₂²⁻) ainsi que la formation de phases solides (gypse, anhydrite, CdSO₄), confirmées par diffraction des rayons X.

    Enfin, sur la base des résultats obtenus et des données de la littérature internationale, des procédés d’élimination du cadmium par adsorption ont été développés. Deux adsorbants naturels ont été formulés : une bentonite fonctionnalisée et un charbon actif issu de racines de romarin. Après caractérisation physicochimique, leurs performances ont été évaluées dans un acide phosphorique industriel à différentes concentrations en P₂O₅ et sous diverses conditions opératoires. Les rendements d’élimination atteignent environ 89 % pour la bentonite fonctionnalisée et 70 % pour le charbon actif.

    Globalement, cette thèse démontre que l’intégration de l’expérimentation, de la modélisation thermodynamique et du développement de matériaux adsorbants constitue une stratégie efficace et durable pour la purification de l’acide phosphorique et la réduction de sa contamination par le cadmium.

Mots clés :  Cadmium ; Toxicité ; Acide phosphorique ; Voie humide ; Spéciation ; Modélisation thermodynamique ; Debye-Hückel; Modèle de Pitzer ; Précipitation ; Adsorption ; Bentonite fonctionnalisée ; Charbon actif.