Le but de ce mémoire est d'optimiser les résultats du mémoire de M. Daniel Robert et d'établir les paramètres selon lesquels une séparation colloïdale aidée d'un surfactant pouvait être réalisée sur un type de sédiments très fins et contaminés. Également, il est important de mesurer les composantes d'un système et d'évaluer la qualité du fractionnement selon les changements apportés aux paramètres du système brut initial. Ce fractionnement est évalué par la diffraction-x et le microscope électronique à balayage (MEB). En référence avec la valeur du Zèta de l'échantillon brut, il est possible d'orienter notre choix de surfactant. Toutefois, des essais de viscosité permettent de confirmer un choix de surfactant efficace. Ces essais en laboratoire ont permis de sélectionner le Saratan, un surfactant anionique, parmi tous les surfactants évalués. Celui-ci est utilisé à faible concentration et à faible dose pour engendrer une séparation partielle de l'échantillon. Toutefois, afin d'obtenir une séparation colloïdale optimale, il est possible de prouver qu'il est essentiel d'avoir une dispersion efficace des grains. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Séparation colloïdale, métaux lourds, contamination

La gamme des produits de charcuterie 100% volaille qui présente un intérêt particulier à la Réunion est limitée par les mauvaises propriétés technologiques des gras de volaille. Le procédé de fractionnement à sec a été appliqué à la matière grasse de volaille extraite des tissus adipeux afin d'en améliorer les propriétés. L'étude fondamentale du procédé a permis de mettre en évidence les mécanismes mis en jeu et de mieux comprendre l'influence de l'itinéraire thermique sur le procédé. Un modèle de prédiction de la qualité des fractions en fonction des variables de contrôle a été élaboré. La caractérisation des échanges thermiques ayant lieu au cours du refroidissement permet le suivi du flux de chaleur lié à la cristallisation. A température ambiante, la fraction liquide s'apparente à une huile fluide et la fraction solide présente des caractéristiques physiques proches d'autres matières grasses animales telles que le saindoux ou le suif.

La libération de dioxyde de carbone (CO₂) dans l’atmosphère est de plus en plus alarmante et nécessite que des actions soient posées de toute urgence afin de réduire les impacts. On compte parmi celles-ci la conversion du CO₂ en produits à valeur ajoutées, par exemple en diméthyléther (DME), pouvant être utilisé comme vecteur d’énergie propre. Dans le but de favoriser l’hydrogénation catalytique du CO₂, il a été proposé de faire la séparation in-situ de l’eau coproduite lors de la réaction, ce qui est nécessaire à la production rentable du DME. Malgré les nombreuses recherches faites sur la séparation de l’eau in-situ d’un milieu réactionnel, très peu d’entre elles semblent en mesure d’obtenir de bons résultats pour des températures élevées (≈250 °C), requises pour la conversion catalytique du CO₂. Une solution intéressante semble être la membrane zéolitique permsélective à l’eau d’hydroxy-sodalite (hydroxy-SOD). Selon la littérature, cette zéolite est en mesure de résister aux dures conditions de réaction tout en étant capable de séparer l’eau des autres réactifs avec une excellente sélectivité. Cependant, il semble impossible de reproduire ces résultats lorsqu’elle est synthétisée sous forme de membrane avec les techniques conventionnelles. C’est pourquoi le présent projet de maîtrise porte sur le développement d’une nouvelle technique de synthèse de membranes d’hydroxy-SOD par « pore-plugging ». Elle consiste à insérer mécaniquement des germes d’hydroxy-SOD à un endroit précis du support sélectionné, pour ensuite les faire croitre par synthèse hydrothermale jusqu’à ce que les pores du support se bloquent. Dans le but d’optimiser la technique par « pore-plugging », une série de paramètres ont été examinés et optimisés tant au niveau de la synthèse des germes que celle des membranes. Cela a mené à l’élaboration d’un protocole permettant la production de membrane d’hydroxy-SOD ayant une sélectivité (SH2O/H2) de 1.4 et une perméance H2O de 1.26 x 10⁻⁷ mol Pa⁻¹ m⁻² s⁻¹ à 250 °C. / The release of carbon dioxide gas (CO₂) is becoming increasingly alarming and requires that concrete actions get implemented as fast as possible in order to reduce future impacts. One of the solutions could be the catalytic conversion of CO₂ into value-added products like dimethyl ether (DME), which can be used as a clean energy vector. Unfortunately, the direct catalytic hydrogenation of CO₂ isn’t thermodynamically favoured if done in a conventional reactor, because of the coproduced water. That’s why this master thesis will work on an in-situ method to remove the produced water from the reactor. This upgrade is essential for an economically viable process to synthesize DME from CO₂. Despite extensive research in the field of in-situ removal of water, very few seem to be able to achieve promising results at the high temperatures required for CO₂ conversion (≈250˚C). An interesting solution seems to lie in a water permselective zeolite membrane made of hydroxy-sodalite (hydroxy-SOD). According to the literature, that zeolite would be capable of withstanding the harsh reaction conditions while being able to separate water with excellent selectivity. However, when made into a membrane, their water selectivity doesn’t seem to reproduce well. This is caused by defects in the synthesized membrane that are cause by less than optimal conventional synthesis methods. That is why this master’s project address the problem by the development of a new membrane synthesis technique for hydroxy-SOD by ‘’pore-plugging’’, which attempt to prevent membrane defects. This technique consists in the mechanical insertion of engineered hydroxy-SOD seeds at a precise location of asymmetric ceramic support. These seeds are then grown by subsequent hydrothermal synthesis up to the point that the smaller pores of the support are completely filled. That results in a really thin composite membrane of hydroxy-SOD zeolite having minimal number of defects. In order to optimize the ‘’pore-plugging’’ technique, a series of synthesis parameters have been examined and improved for both the seeds and the membrane production. This led to the development of a protocol allowing the synthesis of a hydroxy-SOD membrane having water selectivity (SH2O/H2) of 1.4 and a permeance H2O of 1.26 x 10⁻⁷ mol Pa⁻¹ m⁻² s⁻¹ at 250 °C.

Les monomères cycliques d'acides gras (CFAM) provenant d'huiles riches en acide alphalinolénique (18:3; ALA) sont constitués de 16 isomères de structures cycliques à 5 et 6 atomes de carbone. Ils se forment lors de traitements thermiques des huiles, comme le raffinage et la friture. Conséquemment, les CFAMs se retrouvent dans l'alimentation humaine. La littérature scientifique rapporte les résultats de travaux sur les effets métaboliques des CFAMs dont le principal est la stéatose hépatique. Les isomères cycliques à 5 et à 6 carbones se forment simultanément lors du chauffage des huiles et l'obtention de l'un ou de l'autre, bien que possible par synthèse totale et par HPLC, est laborieuse et à faibles rendements, ce qui ajoute à la difficulté de la réalisation d'études métaboliques chez l'animal avec une seule de ces deux structures. Dans la première partie des travaux, présentés au chapitre II, nous nous sommes concentrés à mieux isoler les CFAMs de l'huile de lin, suivi d'une séparation supplémentaire en leurs principaux isomères CFAM-5 et CFAM-6 de l'acide linolénique, en utilisant une combinaison de chromatographie sur couche mince argentique, pour le développement de la méthode, et de chromatographie sur colonne, pour la production de fractions. Cinq fractions ont ainsi été récupérées à partir de la chromatographie argentique sur colonne avec le système de solvants hexane-acétate d'éthyleacide acétique dans les proportions volumétriques 120:30:1 . Les isomères des CFAMs de chacune des fractions ont ensuite été identifiés par GC-MS de leurs dérivés esters picolinyles. Les résultats indiquent que la fraction F-1 contient principalement des isomères CFAM-6. Deux isomères non rapportés dans la littérature, provisoirement identifiés comme des CFAM-5 conjugués, étaient aussi présents en faible quantité dans la fraction F-1. Une autre fraction, F-3, contenait des isomères de CFAMs uniquement à cycle de 5 atomes de carbones. Cette fraction comprenait aussi une faible quantité d'isomères de l'acide alpha-linolénique. La fraction intermédiaire F-2 contenait les deux types d'isomères des CFAMs. La littérature scientifique indique que les huiles végétales alimentaires peuvent s'oxyder et qu'elles peuvent causer des effets délétères sur la santé. Cependant, aucun travaux n'a porté sur l'oxydation des CFAM, les CFAM-Ox, ni sur leurs effets métaboliques potentiels. Pourtant, des similitudes structurelles peuvent être attendues entre celles de CFAM-Ox et celles de certaines phytoprostanes (PhytoPs) et isoprostanes (IsoPs), et potentiellement des activités biologiques analogues. Ainsi, l'objectif de la seconde partie des présents travaux, présentés au chapitre III, était d'étudier l'oxydation des CFAMs de l'acide alpha-linolénique. L'oxydation de ces CFAMs di-insaturés a été réalisée sous oxygène à des températures allant de 160 à 200 °C, sur des périodes de 8 heures. Les résultats indiquent qu'environ 60% des CFAM-5 sont oxydés au bout de 2 à 4 h et que leur oxydation se produit de manière significativement plus rapide que celle des CFAM-6, et à une vitesse qui s'approche de celle de l'oxydation de l'acide linoléique, acide gras également di-insaturé. Les différences observées entre les vitesses d'oxydation des CFAM-5 et des CFAM-6 sont probablement dues à la présence de positions bis-allyliques dans les structures CFAM-5, comme il s'en trouve dans l'acide linoléique, contrairement aux CFAM-6 qui contiennent des doubles liaisons isolées, séparées par deux atomes de carbone. Ces résultats suggèrent également que les niveaux rapportés dans la littérature scientifique des CFAMs dans les huiles de friture sont nécessairement sous-estimés car ils ne tiennent pas compte des CFAM-Ox. / Cyclic fatty acid monomers (CFAMs) from oils rich in alpha-linolenic acid (18: 3; ALA) consist of 16 isomers of 5 and 6 carbon ring structures. They are formed during thermal treatments of edible oils, such as refining and frying. Consequently, CFAMs are found in human food. The scientific literature reports the results of work on the metabolic effects of CFAMs, the main one of which is hepatic steatosis. The cyclic isomers of 5 and 6 carbons are formed simultaneously on heating oils and obtaining one or the other, although possible by total synthesis and HPLC, is laborious and in low yields. This contributes to the difficulty of performing metabolic studies in animals with just one of these two structures. In the first part of the work, presented in chapter II, we focused on better isolating the CFAMs from linseed oil, followed by an additional separation into their main isomers CFAM-5 and CFAM-6 of linolenic acid, using a combination of silver ion thin layer chromatography, for the development of the method, and column chromatography, for the production of fractions. Five fractions were thus recovered from silver ion column chromatography with the hexaneethyl acetate-acetic acid solvent system in volumetric proportions 120:30:1. The CFAM isomers of each of the fractions were then identified by GC-MS of their picolinic ester derivatives. The results indicate that fraction F-1 mainly contains CFAM-6 isomers. Two isomers not reported in the literature, tentatively identified as conjugated CFAM-5 isomers, were also present in small amounts in the F-1 fraction. Another fraction, F-3, contained isomers of CFAMs only with a ring of 5 carbon atoms. This fraction also contained a small amount of alpha-linolenic acid isomers. The intermediate fraction F-2 contained both types of CFAMs isomers. The scientific literature indicates that edible vegetable oils can oxidize and can cause deleterious health effects. However, no work has focused on the oxidation of CFAMs and their oxidation products, the CFAM-Ox, or their potential metabolic effects. However, structural similarities can be expected between those of CFAM-Ox and those of certain phytoprostanes (PhytoPs) and isoprostanes (IsoPs), and potentially similar biological activities. Thus, the objective of the second part of this work, presented in Chapter III, was to study the oxidation of CFAMs of alpha-linolenic acid. The oxidation of these diunsaturated CFAMs was carried out under oxygen at temperatures ranging from 160 to 200 °C, over periods of 8 hours. The results indicate that approximately 60% of CFAM-5 are oxidized after 2-4 h and that their oxidation occurs significantly faster than that of CFAM-6, and at a rate that approaches that of linoleic acid, also a di-unsaturated fatty acid. The differences observed between the oxidation rates of CFAM-5 and CFAM-6 are probably due to the presence of bis-allylic positions in CFAM-5 structures, as found in linoleic acid, unlike CFAM-6 which contain isolated double bonds separated by two carbon atoms. These results also suggest that the levels of CFAMs reported in frying oils in the scientific literature are necessarily underestimated because they do not take CFAM-Ox into account.

Ce travail avait pour but de comprendre l’impact de la vitesse de refroidissement sur les propriétés rhéologiques (viscosité et fermeté) et physicochimiques (acidité et synérèse) du yogourt brassé. Les étapes de standardisation, d’homogénéisation, de traitement thermique et de fermentation ont toutes été identiques afin de minimiser leurs impacts sur les propriétés du yogourt. Les yogourts produits étaient standardisés à 0 et 2,6% de matières grasses et leur brassage a été produit à l’aide d’un banc d’essai pilote comportant différents degrés de tortuosité (0 et 18 coudes à angle de 90°). Le refroidissement des yogourts impliquait plusieurs durées de refroidissement (3, 5, 17, 24 et 72 h) pour atteindre une température de 5°C. Les résultats ont démontré que l’ajout de matière grasse et l’abaissement de la température durant le refroidissement ont augmenté la fermeté et la viscosité du yogourt et ont diminué sa synérèse. En général, la vitesse de refroidissement a eu peu d’impact sur la fermeté et la viscosité des yogourts sans gras, tandis que pour les yogourts à 2,6% de matière grasse seulement la viscosité avec l’entonnoir Posthumus a augmenté. Après un entreposage de 21 jours, la fermeté et la viscosité des yogourts ont augmenté. Par contre, la tortuosité du banc d’essai pilote n’a pas eu d’effet significatif sur les propriétés rhéologiques et physicochimiques du yogourt. De plus, le dénombrement bactérien et la synérèse n’ont pas été affectés par la vitesse de refroidissement et le temps d’entreposage. Globalement, cette étude a démontré que la vitesse de refroidissement peut modifier la fermeté et la viscosité d’un yogourt brassé et que l’effet du refroidissement et de l’entreposage était plus prononcé en présence de matière grasse.

L’analyse par plasma à induction par micro-ondes (MIP) est l’une des techniques les plus prometteuses dû à ses nombreux avantages et à sa simplicité d’utilisation pour la détermination de métaux, incluant ceux pertinents pour le domaine minier. Cependant, l’introduction d’échantillons solide nécessite une mise en solution complète ou partielle. De nombreuses études comparatives ont été publiées concernant ces modes de mises en solution pour divers analytes. Pour des matrices et des éléments réfractaires, la fusion alcaline permet généralement une mise en solution complète et de façon rapide. Néanmoins, la solubilisation par fusion possède certaines limitations en lien avec la mesure des métaux. La principale étant qu’une fois l’échantillon dissout par fusion dans l’acide, la charge en sel provenant du fondant est très élevée dans la solution obtenue, ce qui affecte grandement les performances d’ionisation du plasma. Considérant l’émergence d’instrumentation de type MIP dans les domaines traditionnels d’applications de la fusion, la présence d’espèces facilement ionisables (EFI) dans un plasma à plus faible température peut résulter en un biais analytique important. Par conséquent, l’objectif de ce mémoire est de réduire la charge en sel des échantillons dissout par fusion avant leur introduction dans le système d’analyse afin de minimiser les coûts de la main-d’oeuvre et le temps nécessaire à l’entretien de l’instrumentation tout en bonifiant les performances analytiques. Ceci sera effectué à l’aide d’approches analytiques basées sur des principes de séparation chromatographiques. Initialement, les profils d’élutions de divers éléments d’intérêts seront étudiés et analysé par ICP-AES. Par la suite, les paramètres des méthodes développées seront optimisés et validée à l’aide d’un matériel de référence certifié (MRC). Finalement, plusieurs paramètres analytiques, dont les limites de détection (LDM) et les limites de quantification des méthodes développées, seront déterminés par MIP-AES / Microwave induction plasma (MIP) is one of the most promising techniques because of its many advantages and its ease of use for determining metals, including those relevant to the mining industry. However, the introduction of solid samples requires complete or partial dissolution. Numerous comparative studies have been published concerning these dissolution modes for various analytes. For matrices and refractory elements, the alkaline fusion generally allows a fast and complete dissolution. Nevertheless, fusion solubilization has some limitations in connection with the measurement of metals. The main one being that once the sample melts in the acid, the salt load from the flux is very high in the resulting solution, which greatly affects the ionization performance of the plasma. Considering the emergence of MIP type instrumentation in traditional areas of fusion applications, the presence of easily ionizable species (EIS) in a lower temperature plasma can result in an important analytical bias. Therefore, the purpose of this study is to reduce the salt load of melt-dissolved samples prior to introduction into the analysis system to minimize labor costs and the time required for maintenance instrumentation while improving analytical performance. This will be done using analytical approaches based on chromatographic separation principles. Initially, the elution profiles of various elements of interest will be studied and analyzed by ICP-AES. Subsequently, the parameters of the methods developed will be optimized and validated using a certified reference material (CRM). Finally, several analytical parameters, including the detection limits (DL) and the quantification limits (QL) of the methods developed, will be determined by MIP-AES

La présence naturelle de la radioactivité dans les rejets des industries, notamment minières, soulève des enjeux en termes de gestion et de réutilisation. La teneur en radioéléments permet d’établir le potentiel radioactif, essentiel pour attester de leur innocuité, ouvrant ainsi des voies de valorisation. La quantification des principaux éléments des chaînes de désintégration du thorium et de l’uranium, principales causes naturelles de la radioactivité, permet de prédire le potentiel radioactif. Dans le cas des résidus miniers, les méthodes existantes de quantification ne sont pas toujours fiables, car l’incertitude analytique qu’elles engendrent ne permet pas toujours de statuer quant au respect des limites gouvernementales. Afin de pallier ce problème, il est nécessaire de développer des méthodes rapides, précises et robustes afin d’analyser adéquatement ces matrices complexes. L’objectif et l’innovation de cette thèse résident dans le développement d’une méthode unique combinant plusieurs résines de manière séquencée afin d’extraire sélectivement le thorium, l’uranium, le radium, le plomb et le polonium. L’individualisation des résines après le chargement de l’échantillon permet la séparation des analytes, soit les cinq éléments d’intérêt, dans des fractions distinctes. Leur séparation, notamment des éléments interférents, rend leur analyse possible sur des instruments sensibles, tels que la spectrométrie alpha ou la spectrométrie de masse couplée au plasma inductif. Afin de garantir la fiabilité de l’analyse, une attention particulière est également portée sur la mise en solution des analytes de manière totale. Ainsi, cette thèse propose un complément aux techniques actuelles, telle que la spectrométrie gamma, pour établir un diagnostic juste et précis de la radioactivité naturelle, que ce soit pour une application industrielle ou en institut de recherche. Pour accompagner le lecteur, une partie théorique sera consacrée aux propriétés physiques et chimiques des éléments d’intérêt. De même, l’ensemble des méthodologies permettant leur quantification sera détaillé afin de comprendre tous les tenants et aboutissants de cette thèse. / Natural radioactivity is ubiquitous and reported in industrial wastes, such as mining residues. Its presence raises the issue of the management and the sustainability of such wastes. The content in radioactive elements allows to establish the radioactive potential of the residues, necessary to demonstrate their safety for an eventual revalorization. The quantification of the main elements of the thorium and uranium decay series, mainly responsible of natural radioactivity, allows to predict the radioactive potential. In the case of mining residues, current methodologies are not always reliable due to analytical uncertainties, often flirting with governmental limitations. To overcome this issue, new methods must be developed to handle complex matrices as well as being fast, precise and robust. The aim of this thesis is to develop a unique innovative method that combine several sequential resins to selectively extract thorium, uranium, radium, lead and polonium. The targeted analyte can be recovered after selective elution on a single resin. The segregation of the elements from interfering elements originating from the matrix allows their precise measurement on instruments such as alpha spectrometry or inductively coupled plasma mass spectrometry. To ensure the reliability of the analysis, total sample dissolution techniques have also been investigated. This thesis brings a valuable complement to current techniques such as gamma spectrometry, to screen natural radioactivity with accuracy and precision. Thus, the proposed technique could be applied in both industrial support laboratories and research laboratories. To guide the reader, a theorical part dealing with the chemical and physical properties of elements of interest will be provided. In addition, standard methodologies on their quantification will also be detailed in order demonstrate the novelty of the work presented in this thesis.

La nouvelle loi canadienne sur l’amiante chrysotile décrétée par le gouvernement fédéral devrait entrer en vigueur au courant de l’année 2019 et les nouvelles normes environnementales qui en découleront nous forcent déjà à trouver des solutions pour réduire de façon significative l’impact environnemental et de revaloriser des résidus d’exploitation du chrysotile. Une des façons de réduire cet impact environnemental et revaloriser ce résidu consiste à concentrer la lizardite et l’antigorite comme matériaux générateurs de magnésium (Mg) et éliminer le chrysotile (cancérigène). Ces minéraux sont abondants dans les résidus miniers d’exploitation du chrysotile de l’ancienne mine Carey Canadian à East-Broughton dans le sud du Québec. La présente étude propose donc une revue des procédés de séparation physique des phases minérales serpentiniques et une étude détaillée sur la séparation gravimétrique par voie humide (hydrocyclonage/décantation) pour différentes classes granulométriques et une étape finale de séparation magnétique à sec pour l’extraction des minéraux magnétiques (magnétite) dans le concentré de la décantation. Les propriétés physiques, chimiques et minéralogiques du résidu initial ont été obtenues par tamisage grossier, par analyse de densité et surface spécifique, par fluorescence aux rayons X, par spectroscopie RAMAN, par MEB-EDS et par DRX. Les résultats les plus importants de cette étude sont qu’il est possible d’éliminer le chrysotile, sous forme de surverse, par hydrocyclonage en régime dilué (30% solides dans la pulpe) tout en concentrant la lizardite et l’antigorite (sousverse) avec des récupérations en Mg de l’ordre de 70 à 80 % en poids de Mg en sousverse. La séparation liquide-solide a été effectuée à 5 % de solides dans la pulpe et a permis d’augmenter la pureté du concentré d’hydrocyclonage (sousverse) avec des récupérations en Mg dans la sousverse variant entre 36 et 70 % partant des fines particules vers les grossières. La séparation magnétique a permis d’augmenter la pureté du concentré de décantation (sousverse) par l’extraction du fer. Ce qui a conduit à des récupérations croissantes en fer de 30 à 60 % à partir de particules grossières vers les fines. Les rapports Si/Mg et Fe/Si en fonction de la taille des particules pour les fractions non-magnétiques (concentrés) ont également été examinés dans une tentative d’estimation du fer résiduel présent par substitution intra-réseau Fe-Mg et Fe-Si dans les concentrés non-magnétiques. Mots clés: Hydrocyclone, Décantation, Séparation magnétique, Chrysotile, Lizardite, Antigorite. / Canada's new law on chrysotile asbestos is expected to come into force in 2019 by the federal government, and the resulting new environmental standards are already forcing us to find solutions to significantly reduce the environmental impact and revalorize chrysotile mining residues. One of the ways to reduce this environmental impact and enhance this residue is to concentrate lizardite and antigorite as magnesium (Mg) generating materials and eliminate chrysotile (carcinogenic). These minerals are abundant in the chrysotile mining tailings of the former Carey Canadian mine in East-Broughton in southern Quebec. The present study therefore proposes a review of the physical separation processes of serpentine mineral phases and a detailed study on wet gravimetric separation (hydrocycloning / decantation) for different granulometric classes and a final dry magnetic separation step for the extraction of minerals magnetic minerals (magnetite) in the concentrate of the decantation. The physical, chemical and mineralogical properties of the initial residue were obtained by coarse sieving, density and surface area analysis, X-ray fluorescence, RAMAN spectroscopy, SEM-EDS and XRD spectroscopy. The most important results of this study are that it is possible to eliminate chrysotile, in the form of overflow product, by dilute hydrocycloning (30% solids in the pulp) while concentrating lizardite and antigorite (underflow) with recoveries in Mg of the order of 70 to 80% by weight of Mg underflow. The liquid-solid separation was carried out at 5% solids in the pulp and made it possible to increase the purity of the hydrocyclone concentrate (underflow) with Mg recoveries in the underflow varying between 36 and 70% starting from the fine particles to the coarse ones. Magnetic separation made it possible to increase the purity of the settling concentrate (underflow) by extracting iron. This led to increasing recoveries of iron from 30 to 60% from coarse particles to fine ones. Si / Mg and Fe / Si ratios as a function of particle size for non-magnetic fractions (concentrates) were also examined in an attempt to estimate the residual iron present by intra-network substitution Fe-Mg and Fe- Si in non-magnetic concentrates. Keywords: Hydrocyclone, Decantation, Magnetic separation, Chrysotile, Lizardite, Antigorite.

Ce mémoire porte sur la séparation des éléments de terres rares (ETR) par le procédé d’extraction par solvant. L’objectif est de développer un diagramme d’écoulement permettant la séparation des ETR présents dans une solution de lixiviation d’un minerai d’ETR. Pour ce faire, un simulateur permettant de prédire la distribution des ETR dans les phases d’un mélangeur-décanteur qui sont à l’équilibre chimique a été développé. Ce simulateur utilise les constantes d’équilibre chimique de la réaction de transfert entre phases de chaque élément présent en solution. Une méthode d’analyse juste et précise des ETR avec un spectromètre à émission atomique à plasma induit par micro-onde (MP-AES) a été développée. Des tests d’extraction par solvant sont réalisés en laboratoire et les données sont traitées afin de produire des constantes d’équilibre d’extraction qui sont utilisées en simulation. Une étude de la cinétique des extractions a permis de déterminer que trente secondes d’agitation dans une ampoule à décanter sont suffisantes pour atteindre l’équilibre chimique dans le cas des extracteurs utilisés. Une méthode novatrice de réconciliation de donnée permettant de balancer les résultats des tests d’extraction est appliquée aux données brutes des tests expérimentaux. Cela permet d’estimer des constantes d’équilibre d’extraction plus reproductibles que celles obtenues par les méthodes classiques de traitement de données de tests d’extraction. Le simulateur prédit les concentrations à l’équilibre dans les phases aqueuses et organiques pour une ou plusieurs extractions consécutives. Un diagramme d’écoulement permettant la séparation des ETR en deux sous-groupes (ETR légers et SEG avec ETR lourds) est développé pour le traitement d’une solution réelle d’ETR produite par le traitement du minerai de terres rares de la mine Niobec. Le diagramme d’écoulement développé a été simulé et testé expérimentalement. Les résultats expérimentaux obtenus sont similaires aux prédictions du simulateur pour l’ensemble du procédé, ce qui tend à démontrer la validité de l’approche proposée pour l’estimation des constantes d’équilibre et de l’approche utilisée pour la simulation du procédé d’extraction par solvant. / This thesis discusses the separation of rare earth elements (REE) using the solvent extraction process. The objective is to develop a flow sheet allowing the separation of the REE present in a leaching solution of REE ore. To achieve this, a simulator to predict the distribution of REE in the phases of a mixer-settler that are in chemical equilibrium was developed. This simulator uses the chemical equilibrium constants of each element present in solution. A method for accurate and precise analysis of REE with a microwave-induced plasma atomic emission spectrometer (MP-AES) was also developed. Solvent extraction tests are performed in the laboratory and the data is processed to produce extraction equilibrium constants that are used in the simulation. A study of the kinetics of the extraction process shows that thirty seconds of agitation in a separating funnel are sufficient to reach the chemical equilibrium in the case of the extractors used. An innovative data reconciliation method for balancing the extraction test results and estimating the equilibrium constants for the species transferred between the phases is applied to the raw data of experimental tests. It is shown that the proposed method provides more reproducible extraction equilibrium constants than standard data processing methods. A simulator based on the estimated equilibrium constants has then been written to predict the equilibrium concentrations in the phases of one or several consecutive extractions. A flow sheet allowing the separation of REE into two subgroups (light REE and SEG with heavy REE) is developed. The flow sheet consisting of three extraction steps, three scrubbing stages and two stripping stages is simulated and tested at a laboratory scale on a leaching solution of REE ore. The experimental results obtained are similar to the predictions of the simulator for the whole process showing the validity of the simulation method based on the use of the equilibrium constants.

Un colmatage des réacteurs à lit fixe arrosé, i.e., Trickle Bed Reactor (TBR), peut se produire lorsque des suspensions liquide-solide diluées y sont traitées ou lorsque des processus chimiques induisent la formation de solides, par exemple du coke, à l'instar de certaines opérations de raffinage du pétrole. Suite à l'accumulation excessive de ces fines solides, le gradient de pression peut atteindre un niveau limite mettant en jeu la tolérance physique du catalyseur. Ainsi, indépendamment de l'activité chimique résiduelle de catalyseur, l'arrêt du réacteur peut s'imposer pour un remplacement du lit catalytique par un lot de catalyseurs frais avec les conséquences économiques associées. Les activités de recherche dans la littérature ouverte concernant ce domaine ont été limitées à quelques travaux expérimentaux et de modélisation. La nécessité d'une recherche plus approfondies et plus systématique s'est donc imposée à nous afin de déchiffrer les mécanismes sous-jacents de la filtration en mode biphasique et de proposer éventuellement de nouvelles solutions d'opération de ce type de réacteurs. L'objectif de la recherche proposée était de fournir une meilleure compréhension des mécanismes et de la structure des dépôts dans les réacteurs à lit fixe arrosé traitant des suspensions d'hydrocarbures afin de proposer de nouvelles stratégies de décolmatage. En raison de la nature opaque du lit, les observations pariétales, les mesures de perte de pression et de dépôts spécifiques, ont été couplés à des mesures non-invasives basées sur l'imagerie par la tomographic électrique capacitive afin de dévoiler la structure interne du lit lors de la déposition de fines particules. Pour surmonter les forces qui concourent à la déposition sur les collecteurs, de nouvelles stratégies, incluant des configurations différentes de réacteur ou des modes d'alimentation cyclique ont été abordées dans notre étude. Les réacteurs de type monolithe, consistant en des blocs à multiples canaux droits, ont été étudiés avec l'objectif de minimisation du dépôt spécifique et de la perte de pression biphasique. La filtration biphasique de suspensions a été étudiée aussi bien en régime d'écoulement de Taylor (petits canaux) qu'en régime de film (grands canaux). Les forces inter-particulaires fine-fine et fine-collecteur sont déterminantes pour que la déposition de fines puisse avoir lieu. Par conséquent, différentes opérations cycliques ont été examinées pour étudier l'effet positif des pulsations hydrodynamiques liquides pour surmonter les forces d'adhésion entre dépôts et lit. La mise en oeuvre de forces répulsives fortes via la modulation de la conductivité électrique dans des milieux non-aqueux a également été étudiée pour montrer l'efficacité de cette approche pour la prévention de colmatage.