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Ministre de lEnseignement Suprieur, de la Recherche Scientifique
et de la Technologie
Universit du 7 novembre Carthage
Institut National des Sciences Appliques et de Technologie
Projet de Fin dEtudes
Pour lobtention du
Diplme National dIngnieur en Sciences Appliques et en
Technologie
Filire : Chimie Industrielle
Sujet :
Mesure de la Radioactivit dans les Produits Dtergents par
Spectromtrie Gamma
Ralis par : Abir KSOURI
Entreprise daccueil :
Centre National des Sciences et Technologies Nuclaires
Soutenu le 21/01/10
Prsident de Jury : Mr. Faouzi BOUACHIR Examinateur : Mr. Sami
ABDELMOULA Responsable INSAT : Mr. Naceur AYED Responsable
entreprise : Mlle. Souad BACCOUCHE
Anne Universitaire : 2009/2010
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Mesure de la Radioactivit dans les produits Dtergents par
Spectromtrie Gamma
PFE Ingnieur / Abir KSOURI
REMERCIEMENTSREMERCIEMENTSREMERCIEMENTSREMERCIEMENTS
Au terme de ce travail, je tiens remercier le Directeur Gnral
du
Centre National des Sciences et Technologies Nuclaires, le le le
le
Professeur Adel TRABELSIProfesseur Adel TRABELSIProfesseur Adel
TRABELSIProfesseur Adel TRABELSI, pour mavoir accueillie au sein de
son
tablissement.
Je tiens aussi exprimer mes vifs remerciements mes
encadreurs
Mlle.Mlle.Mlle.Mlle. Souad BACCOUCHESouad BACCOUCHESouad
BACCOUCHESouad BACCOUCHE, Ingnieur Gnral, sous directrice de la
recherche sur lEnergie et la Matire et Mr. Mr. Mr. Mr. Naceur
AYEDNaceur AYEDNaceur AYEDNaceur AYED,
Professeur en Chimie Industrielle pour leurs prcieux conseils,
leur
aide continue et leur amabilit.
Il mest galement agrable dexprimer ma gratitude Mr. Foued Mr.
Foued Mr. Foued Mr. Foued
GHARBIGHARBIGHARBIGHARBI, Matre assistant en physique nuclaire
ainsi qu Mr. Mr. Mr. Mr.
Mansour OUISLATIMansour OUISLATIMansour OUISLATIMansour
OUISLATI, Ingnieur en Maintenance et Instrumentation,
Mr. Bassem SELMIMr. Bassem SELMIMr. Bassem SELMIMr. Bassem
SELMI, Ingnieur en Chimie Analytique et Mr. Mr. Mr. Mr.
MohamMohamMohamMohamed ed ed ed SAMAALISAMAALISAMAALISAMAALI,
Technicien au laboratoire de radiochimie, pour
leur sympathie, leur aide et leur disponibilit.
Je remercie galement les membres du jury, MMMMr. Faouzi BOUACHIR
r. Faouzi BOUACHIR r. Faouzi BOUACHIR r. Faouzi BOUACHIR
et MMMMr. Sami ABDELMOULAr. Sami ABDELMOULAr. Sami ABDELMOULAr.
Sami ABDELMOULA, qui me font lhonneur dvaluer ce
travail.
Je ddie mon travail mes chers parents JamelJamelJamelJamel et
AfifaAfifaAfifaAfifa et mes
frres AnisAnisAnisAnis et Mohamed AliMohamed AliMohamed
AliMohamed Ali.
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Mesure de la Radioactivit dans les produits Dtergents par
Spectromtrie Gamma
PFE Ingnieur / Abir KSOURI
SOMMAIRE
INTRODUCTION . 1
PRESENTATION DU CNSTN . 2
Partie A : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE ..
3
A-I- Produits dtergents ....
3
A-I-1- Dfinition . 3 A-I-2- Savons
...................................... 3 A-I-3- Eaux de Javel ... 6
A-I-4- Dtergents 7 A-I-5- Shampooings 16 A-II- Notions de la
radioactivit . 19 A-II-1- Monde atomique . 19 A-II-2- Lois de la
radioactivit . 20 A-II-3- Types de la radioactivit.. 22 A-II-4-
Caractristiques des rayonnements radioactifs ... 24 A-II-5- Sources
de la radioactivit naturelle ... 25 A-III- Technique de
spectromtrie gamma 31 A-III-1- Interaction des rayons gamma avec la
matire .. 31 A-III-2- Chane de spectromtrie gamma .. 33
Partie B : ETUDE EXPERIMENTALE ...
37
B-I- Echantillonnage ...
37 B-I-1- Description des chantillons .. 38 B-I-2- Prparation
des chantillons . 40 B-II- Rglage et calibration de la chane
danalyse . 41 B-II-1- Etalonnage en nergie . 42 B-II-2- Etalonnage
en efficacit . 43 B-II-3- Acquisition du bruit de fond ... 47
B-III- Mthodes didentification et quantification des
radionuclides
..............................................................................................
48 B-III-1- Calcul de lactivit dun radionuclide .. 50 B-III-2-
Calcul de lactivit minimale dtectable .. 50 B-III-3- Estimation des
incertitudes
51
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Mesure de la Radioactivit dans les produits Dtergents par
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PFE Ingnieur / Abir KSOURI
B-IV- Rsultats et interprtations .. 53
B-IV-1- Les activits des radionuclides 53 B-IV-1-1- Produits
dtergents . 53 B-IV-1-2- Matires premires . 61 B-IV-1-3-
Interprtations 63
B-IV-2- Estimation de la dose . 65 B-IV-2-1- Activit de
lquivalent radium .. 65 B-IV-2-2- Indice gamma . 66 B-IV-2-3- Dose
efficace annuelle 67
CONCLUSION & PERSPECTIVES......
70
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES..
71
NETOGRAPHIE
72
ANNEXES.
72
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Mesure de la Radioactivit dans les produits Dtergents par
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Liste des tableaux
Tableau 1 : Exemples de formules de dtergent en poudre : Formule
A = lavage la main Formule B = lavage en machines laver
Tableau 2 : Formule gnrale dun shampooing liquide
Tableau 3 : Description des produits lave vaisselles Tableau 4 :
Description des produits lave linges
Tableau 5 : Description des shampooings Tableau 6 : Description
des savons Tableau 7 : Description des eaux de javel Tableau 8 :
Rsultats dtalonnage en nergie Tableau 9 : Rsultats de ltalonnage en
efficacit Tableau 10 : Les diffrents radionuclides dtects lors de
la radioanalyse, les nergies et les
probabilits dmission gamma.
Tableau 11 : Rsultats relatifs aux activits des radionuclides
dans les laves linges
Tableau 12 : Rsultats relatifs aux activits des radionuclides
dans les laves vaisselles
Tableau 13 : Rsultats relatifs aux activits des radionuclides
dans les savons Tableau 14 : Rsultats relatifs aux activits des
radionuclides dans les eaux de Javel
Tableau 15 : Rsultats relatifs aux activits des radionuclides
dans les shampooings
Tableau 16 : Rsultats relatifs aux activits des radionuclides
dans les diffrents produits analyssTableau 17 : Les activits de
lU-238 dans les chantillons des laves linges et vaisselles
Tableau 18 : Rsultats relatifs aux activits des radionuclides
dans les matires premires Tableau 19 : les activits des
radionuclides dans les diffrentes matires premires Tableau 20 :
Rsultats relatifs aux diffrents indices estimant la dose : Raeq
(Bq.kg-1),I et HR
(mSv.an-1) dans les produits dtergents Tableau 21 : Rsultats
relatifs aux diffrents indices estimant la dose : Raeq (Bq.kg-1),I
et HR
(mSv.an-1) dans les matires premires
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Mesure de la Radioactivit dans les produits Dtergents par
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Liste des figures
Figure 1 : Procd discontinu de fabrication industrielle du
savon
Figure 2 : Procd de fabrication industrielle de lhypochlorite de
sodium
Figure 3 : Processus typique de production des dtergents en
poudre Figure 4 : Processus de fabrication des dtergents
liquides
Figure 5 : Diagramme (N, Z) reprsentant les noyaux stables et
instables Figure 6 : Courbe de dcroissance radioactive Figure 7 :
Famille de l238U
Figure 8 : Famille de l235U Figure 9 : Famille du 232Th Figure
10 : Effet photolectrique Figure 11 : Effet compton
Figure 12 : Effet de matrialisation
Figure 13 : Schma de principe dune chane de spectromtrie gamma
Figure 14 : Vue schmatique de principe de dtection de rayonnement
gamma avec un
dtecteur semi-conducteur
Figure 15 : Les chantillons analyser dans les gomtries de type
Marinelli Beaker
Figure 16 : Schma de la chane de spectromtrie gamma utilise dans
nos mesures Figure 17 : Droite dtalonnage en nergie
Figure 18 : Courbe dtalonnage en efficacit: = f (E) Figure 19 :
Courbe dtalonnage en efficacit Ln () = f Ln(E) Figure 20 : Partie
linaire de la courbe dtalonnage en efficacit Ln () = f Ln(E) Figure
21 : Partie polynomiale de la courbe dtalonnage en efficacit Ln ()
= f Ln(E) Figure 22 : Spectre de bruit de fond
Figure 23 : Histogramme des activits des radionuclides dans tous
les chantillons de produits dtergents
Figure 24 : Histogramme des activits moyennes des radionuclides
selon le type de produits dtergents
Figure 25 : Histogramme des activits moyennes de lU-235 dans les
produits dtergents Figure 26 : Histogramme des activits moyennes de
lU-238 dans les produits dtergents
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Mesure de la Radioactivit dans les produits Dtergents par
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PFE Ingnieur / Abir KSOURI
Figure 27
: Histogramme des activits moyennes du Ra-226 dans les produits
dtergents
Figure 28 : Histogramme des activits du Th-232 dans les produits
dtergents Figure 29 : Histogramme des activits du K-40 dans les
produits dtergents Figure 30 : Histogrammes des activits des
radionuclides dans les matires premires Figure 31 : Les activits
des radionuclides dans la matire premire et le produit
dtergent correspondant (STPP/laves linges)
Figure 32 : Les activits des radionuclides dans la matire
premire et les produits dtergents correspondants (Soude
caustique/Savons-Eaux de javel)
Figure 33 : Les activits des radionuclides dans la matire
premire et le produit dtergent correspondant (Lauryl ther
sulfate/Shampooings)
Figure 34 : Histogramme des activits de Raeq dans les produits
dtergents Figure 35 : Histogramme des doses efficaces annuelles des
produits dtergents Figure 36 : Histogramme des doses efficaces
annuelles des matires premires Figure 37 : Histogramme des activits
de Raeq dans les matires premires
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Mesure de la Radioactivit dans les Produits Dtergents par
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INTRODUCTION
La Tunisie volue comme toute nation et soriente, entre autres,
vers ltablissement de bases de donnes des diffrents paramtres
caractrisant divers produits nationaux dorigine agricole,
industrielle, pharmaceutique, etc. Ltablissement dune base de
donnes sur ltat radiologique et le niveau de radioactivit des
produits constitue un axe important permettant de surveiller
lvolution et de contrler toute augmentation susceptible de se
produire.
Les dtergents, comme tous produits industriels, constituent une
gamme dont il est important de connatre le niveau de radioactivit.
En effet, les lments radioactifs peuvent tre prsents dans les
matires premires extraites de la nature et/ou issues de substances
dorigine animale, vgtale, minrale, fossile ou ptrolire. Ces lments
radioactifs peuvent tre transfrs dans la chane de fabrication vers
le produit final. Les produits dtergents constituent une srie dont
la matire premire telle que le phosphate contiennent des lments
radioactifs. Il serait donc judicieux dvaluer ce taux de transfert
et de dterminer leffet radiologique et sanitaire de lutilisation de
ces produits sur le consommateur.
Dans notre prsente tude, nous allons suivre une mthodologie qui
dveloppe ce contexte dans le but de dterminer le niveau de la
radioactivit dans les dtergents afin de vrifier leur contamination
ou non radiologique. Pour cela, notre travail vise dterminer
lactivit des radiolments issus des familles naturelles de l238U, de
l235U, du 232Th et du 40K dans les produits dtergents du march
tunisien et estimer ensuite leur impact radiologique en utilisant
la technique de spectromtrie gamma qui permet de calculer lactivit
massique des radiolments en question puisquils sont des metteurs de
photons gamma.
Dans la partie bibliographique, nous prsenterons en premier lieu
les diffrents types de produits dtergents ainsi que leurs
compositions, leurs procds de fabrication et des exemples de
formulation et en second lieu les notions de la radioactivit puis
nous noncerons la technique de spectromtrie gamma.
Dans la partie exprimentale, nous prsenterons lchantillonnage
des diffrents produits, le rglage et la calibration de la chane
danalyse ainsi que les rsultats dtalonnage en nergie et en
efficacit et lacquisition du bruit de fond. Ensuite, nous
prsenterons les mthodes didentification et de calcul des activits
des radionuclides prsents. La dernire partie de ce rapport
consignera les rsultats, leurs interprtations et lestimation de la
dose efficace et nous terminerons par une conclusion gnrale suivie
de quelques perspectives.
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PRESENTATION DU CNSTN
Le Centre National des Sciences et Technologies Nuclaires a t
cre le 22 novembre 1993. Il a pour mission de raliser les tudes et
recherches nuclaires caractre pacifique dans les diffrents domaines
ainsi que la matrise des technologies nuclaires, leur dveloppement
et leur utilisation aux fins du dveloppement conomique et social et
notamment dans les domaines de lagriculture, de lindustrie, de
lnergie, de lenvironnement et de la mdecine.
En particulier, le CNSTN doit mener les actions suivantes :
- Recherche et Dveloppement - Collecte et diffusion de
linformation - Prestation de services au profit des institutions
universitaires et des entreprises publiques
et prives - Conseil sur les questions relatives la sret nuclaire
et la radioprotection.
Il comprend 20 chercheurs et ingnieurs et 7 units rparties comme
suit :
- Unit de radiotraitement - Unit de radioanalyse (au sein de
laquelle jai effectu mes analyses par spectromtrie
gamma) - Unit de radiopharmaceutique - Unit dhydrologie et de
gochimie isotopique - Unit de microbiologie - Unit de radiochimie
(au sein de la quelle jai ralis la prparation des chantillons
analyser) - Unit de maintenance des instrumentations
nuclaires.
Pour atteindre ses objectifs, le CNSTN est appel mettre en place
une infrastructure nuclaire constitue dinstallations pilotes pour
lapplication des techniques nuclaires des fins pacifiques. Cette
infrastructure contribue au relvement du dfi auquel est confronte
la Tunisie notamment dans des domaines importants comme
lautosuffisance alimentaire, la protection de lenvironnement et
ventuellement rpondre aux besoins nergtiques moyen terme.
Le CNSTN contribue aussi la ralisation des projets dintrt gnral
intressant les secteurs de la sant, de la sret nuclaire, de
lenvironnement, de la mesure de la radioactivit, de la gestion des
dchets radioactifs, du recyclage des dchets etc.
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Mesure de la Radioactivit dans les Produits Dtergents par
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Partie A : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
A-I- Produits dtergents
Les produits dtergents jouent un rle essentiel dans notre vie
quotidienne. Ils nous aident prserver notre sant, prendre soin de
nos maisons et de nos biens et rendre notre environnement plus
plaisant; en permettant de bien liminer, en toute scurit, les
salissures, les microbes et les autres contaminants. Cependant, ces
produits peuvent tre une source de contamination radioactive
puisquils sont formuls partir de matires issues de substances
dorigine animale, vgtale, minrale, fossile ou ptrolire qui
contiennent naturellement des lments traces radioactifs pouvant
avoir un effet nfaste sur notre sant.
Afin de bien comprendre lorigine de la radioactivit dans ces
produits, nous allons prsenter dans ce chapitre les diffrents types
de produits dtergents ainsi que leurs compositions, leurs procds de
fabrication et des exemples de formulation.
A-I-1- Dfinition
Les produits dtergents sont des produits de nettoyage possdant
un pouvoir de dtergence. C'est le phnomne par lequel des souillures
adhrentes des surfaces sont enleves et mises en suspension ou en
solution pour viter leur redposition, suivant un processus
impliquant une action physico-chimique autre que la simple
dissolution [1@].
Les produits dtergents se divisent en quatre grandes catgories
selon le type de la surface nettoyer et la nature des salissures
enlever : hygine personnelle, lessive, vaisselle et mnage et ils
sont disponibles dans une grande varit de formes selon leur
utilisation (poudre, liquide concentr ou dilu, tablette, pte, crme,
gel, btonnet).
A-I-2- Savons
Les savons sont les produits de nettoyages les plus anciens; ce
sont des sels de potassium ou de sodium d'acides gras
hydrosolubles. Ils sont fabriqus par saponification partir de
graisses et d'huiles ou de leurs acides gras, en les traitant
chimiquement avec un alcali fort. Le savon est utilis comme
tensioactif anionique : il possde une bonne aptitude mulsionner les
graisses et les mettre en suspension dans l'eau, mais il prsente
l'inconvnient de former des sels de calcium insolubles qui se
dposent sur les tissus, lors des lavages dans des eaux dures. Cest
pour cette raison que pour le march du lavage du linge, il est
remplac par les dtergents, mais garde le march de la toilette
[1].
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A-I-2-1- Matires premires
Les savons sont des produits rsultant de l'hydrolyse alcaline
d'un triester d'acide gras (de C7 C20).
Les esters dacides gras Dans le cas le plus gnral pour la
fabrication du savon de toilette et de mnage, les ester dacides
gras sont des triglycrides provenant d'huiles ou de graisses
animales ou vgtales (suif, huile de palme, de coprah, de palmiste).
Ils sont forms par combinaison d'un trialcool, le glycrol, et
d'acides carboxyliques. a peut tre aussi des esters mthyliques que
lon utilise quelques fois dans la fabrication industrielle du savon
ou une cire (cest lester dacide gras et dalcool gras) [1].
Les alcalis Dans la fabrication des savons, on utilise des bases
fortes dont les plus couramment employes sont l'hydroxyde de sodium
(NaOH, appele soude caustique, pour les savons durs utiliss pour la
toilette et le mnage) et l'hydroxyde de potassium (KOH, appele
potasse caustique utilise, seule ou avec NaOH, pour laborer des
savons mous et spciaux : les savons barbe, savons noirs) [1].
A-I-2-2- Procds de Fabrication
Principe : Saponification selon la raction : ester d'acide gras
+ soude > glycrol + savon.
La saponification consiste chauffer les graisses et les huiles
et obtenir une raction avec un liquide alcalin afin d'obtenir du
savon et de l'eau (savon lisse) plus de la glycrine. La fabrication
industrielle des savons se ralise selon des procds discontinus ou
continus.
Procd discontinu
Cest actuellement le procd le plus utilis appel Marseillais; il
est destin la production grande chelle de savons durs de mnage et
de toilette de haute qualit. Dans ce procd, la saponification se
fait en plusieurs phases (Figure 1) :
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- 1re phase, l'emptage : On introduit en mme temps les matires
grasses et la soude, dans des proportions correspondantes aux
quantits thoriques ncessaires, dans une cuve calorifuge ou dans un
chaudron de grande contenance et on les mlange tout en les
chauffant 120C en prsence deau pure. La saponification dmarre. La
temprature leve sert acclrer la raction de saponification. Les
graisses et la soude ne sont pas miscibles. Pour faciliter la
raction, on met au fond du savon provenant d'une prcdente
fabrication qui sert former une mulsion entre les phases huileuses
et aqueuses.
-2re phase, l'pinage : On soutire ensuite la glycrine obtenue
qui a rejoint la phase aqueuse au fond de la cuve.
- 3me phase, la cuisson : Le savon produit sous forme de pte est
soumis lbullition en ajoutant de la soude pour avoir une raction
plus complte des matires grasses; ce qui vite leur insaponification
et donc garantir une bonne conservation. La pte est cuite plusieurs
heures.
- 4me phase, le relargage : La pte obtenue, plus ferme, est lave
plusieurs fois pendant 3 ou 4 heures l'eau sale (solution aqueuse
sature en chlorure de sodium) pour permettre la neutralisation de
la soude. Alors, cette opration permet dliminer la soude en excs,
les autres impurets de lhuile ainsi que la glycrine forme lors de
la cuisson.
- 5me phase, la liquidation : La pte est mise au repos. Elle
durcit lgrement. Deux lavages successifs l'eau sont ncessaires pour
liminer le sel en surplus et rendre le savon trs fluide. Le savon
lisse obtenu contient de l'ordre de 30 % d'eau.
Figure 1 : Procd discontinu de fabrication industrielle du
Savon
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Le savon obtenu est soit conditionn sous sa forme lisse (connu
sous le nom de savon de Marseille) soit il subit dautres oprations
:
- Le coulage : La pte lisse est verse dans des malaxeurs o elle
est parfume, colore et mlange tous les autres ingrdients. Ensuite,
le mlange est homognis et raffin dans des boudineuses de raffinage
pour parvenir un mlange complet et une texture uniforme. Puis la
pte est coule dans des bacs de refroidissement dans lesquels, elle
va se solidifier pour former une vritable chape de savon d'une
paisseur variable selon le grammage dsir.
- Le dcoupage : Solidifie, la chape de savon sera dcoupe en
pains l'aide d'un couteau qui permet d'obtenir les cubes de
savon.
- Le schage : Les cubes de savon sont rangs sur des "claies"
pour les asscher le plus possible et amliorer leur homognit.
- Le moulage : Les cubes sont mouls en continu, ils sont marqus
et estampills sous leur forme finale dans une presse savon.
Procd continu
Cest le Procd dit Monsavon. Il a pour base un systme de pompes
doseuses qui alimentent, en continu, le racteur de saponification
en matires premires (corps gras, solution alcaline, eau, etc.)
Cette tape est suivie d'un lavage contre-courant et d'une sparation
(par centrifugation) du savon ngre (partiellement recycl) et du
savon lisse. Ce procd est le plus souvent entirement automatis et
fait appel des techniques de vaporisation, d'emptage et autres,
dans un racteur appropri. Ce type de procd apporte rapidit du cycle
de production (quelques heures), gain de place et d'nergie,
diminution des pertes et limitation des besoins en personnel
qualifi [1].
A-I-3- Eaux de Javel
Cest une solution aqueuse dhypochlorite de sodium (NaClO : le
produit actif) et de chlorure de sodium ou de potassium. Elle est
souvent utilise comme dtersif, dcolorant et antiseptique [1@].
Procds de fabrication
L'eau de Javel est obtenue par dilution de solutions
industrielles d'hypochlorite de sodium. Ces solutions sont
fabriques par barbotage de chlore (gaz) dans de la soude caustique
dilue. Le chlore et la soude utiliss sont obtenus par lectrolyse du
sel selon la raction suivante :
2 NaCl + 2 H2O ----> Cl2 (g) + H2(g) + 2 NaOH
La raction chimique de labsorption de chlore (gaz = Cl2) dans la
solution aqueuse d'hydroxyde de sodium (soude caustique = NaOH) est
exothermique: elle gnre de la chaleur et scrit [1]:
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Le procd industriel (Figure 2) consiste mettre en circulation de
la soude caustique dans une colonne alimente par du chlore contre
courant. Dans cette colonne, la soude caustique se transforme peu
peu en hypochlorite de sodium. Afin dviter la dcomposition de
lhypochlorite de sodium, la chaleur dgage par la raction est vacue
via un changeur de chaleur. Ce procd permet d'obtenir une solution
d'hypochlorite de sodium 14-15% de chlore actif [1].
Figure 2 : Procd de fabrication industrielle de lhypochlorite de
sodium [1]
A-I-4- Dtergents (produits de lessives, vaisselles et mnage) Les
dtergents sont des prparations dun ensemble dingrdients dissous
dans leau dans des doses convenables et se prsentant sous plusieurs
formes (poudre, liquide, pte).
A-I-4-1- Composition
Ces produits sont gnralement composs de :
- Tensioactifs : matires de base responsables de laction de
nettoyage. - Des adjuvants : certains destins amliorer, dmultiplier
ou renforcer l'action du tensio-actif : agents anticalcaire, agents
de blanchiment, enzymes, agents azurants, stabilisateurs,
conservateurs, agents anticorrosion, agents antimousse. - D'autres
additifs : destins rendre l'utilisation agrable ou renforcer les
ventes du dtergent: charges, parfums, colorants.
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A-I-4-1-1- Les tensioactifs
Ce sont les composants de base dans la formulation des dtergents
qui leur confrent le pouvoir nettoyant. En effet, du fait de leur
structure, ils ont la proprit de sadsorber aux interfaces et donc
de diminuer les tensions interfaciales et liminer les impurets.
Cest pourquoi, le terme de dtergent est souvent employ
abusivement pour dsigner les composs tensioactifs [2]. Les
tensioactifs sont des molcules amphiphiles constitues de deux
parties :
Une partie apolaire, hydrophobe, lipophile, prsentant une
affinit pour les huiles (soluble dans lhuile). Elle est constitue
par une ou plusieurs chanes hydrocarbone(s) issues de divers
produits ptrochimiques (drivs du ptrole) et/ou de produits
chimiques (drivs de graisses et d'huiles). Une partie polaire,
hydrophile, lipophobe, prsentant une affinit pour leau (soluble
dans leau). Elle est constitue par un ou plusieurs groupements
polaire(s), ionique(s) ou non ionique(s).
On distingue gnralement quatre grandes classes de tensioactifs
en fonction de la nature de la partie hydrophile puisque celle-ci
gouverne leurs proprits cest dire en fonction de leurs proprits
ioniques (charge lectrique) dans l'eau [3].
Les tensioactifs anioniques comportent un groupement ionique
charg ngativement en solution aqueuse. Ce sont les agents
tensioactifs les plus utiliss industriellement :
- Les carboxylates : carboxylate de sodium dacides gras (savon)
- Les sulfonates : alkylbenznes sulfonates linaires (LAS),
paraffines
sulfonates (PAS), -olfines sulfonates (AOS), mthyl ester
sulfonate de sodium (MES)
- Les sulfates : alkylsulfates (SAS) ou sulfates dalcools gras
(FAS) , alkylthersulfates (AES) telque laurylthersulfate (LES))
- Les phosphates .
Les tensioactifs cationiques comportent un groupement ionique
charg positivement en solution aqueuse ; ce sont gnralement des
sels damine :
- Sel damine (actates) - Sels damines quaternaires
(Alkyltrimthylammonium) - Sels d amines thoxyles.
Les tensioactifs non ioniques, des groupements fonctionnels non
chargs, non ionisables en solution aqueuse (alcool, ther, ester,
amide) contenant des htroatomes tels que lazote ou loxygne. La
solubilit dans leau est assure par la formation de liaisons
hydrogne entre les molcules deau et certaines fonctions de la
partie hydrophile : phnomne de solvatation ou dhydratation.
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Mesure de la Radioactivit dans les Produits Dtergents par
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- Alcools gras polythoxyls (AGE), alkylpolyglucosides (APG),
alkylglucamide
- Copolymres blocs (Polymre base doxyde dthlne (OE) et doxyde de
propylne (OP))
- Alcool alkoxyls (alcool a base doxyde dthlne et doxyde de
propylne) - Alcanolamide ( Laurylmonothanolamide, Cocodithanolamide
= cocamide
DEA, laurylisopropanolamide)
Les amphotres : comportent deux groupements ioniques dont la
charge dpend du pH. En milieu acide, ils se comportent comme des
tensioactifs cationiques tandis quen milieu basique, ils sont
chargs ngativement. Pour des pH intermdiaires, notamment le pH
isolectrique, ils peuvent prsenter une structure bipolaire et se
comporter alors comme un tensioactif non ionique. Les plus rpandus
sont les btanes (Coco amido propyl btane (CAPB)).
Pour quun tensioactif soit considr comme un bon dtergent, il
doit :
tre un bon agent mouillant, tre capable de dplacer les
salissures dans le bain lessiviel, avoir une bonne solubilit, tre
un bon agent solubilisant, jouer le rle dagent anti-redposition,
tre peu ou pas sensible la duret de leau et avoir de bonnes
proprits dispersantes
A-I-4-1-2- Les adjuvants
A-I-4-1-2- a- Agents anticalcaires ou builders
Ces agents renforcent ou maintiennent l'efficacit des
tensioactifs dans le nettoyage. Ils ont pour principale fonction de
rduire la duret de l'eau (adoucir leau en retenant les minraux
responsables de la duret). Ces agents, de fait leur structure,
peuvent galement jouer dautres rles : rserve dalcalinit, agents
anti-redposition, maintien des salissures en suspension, agents
mulsionnant [2].
Les complexants
Ils sont les plus efficaces. Ces composs forment des complexes
solubles avec les ions calcium et magnsium. Les principaux agents
complexant sont :
- Les phosphates : ils sont dorigine sdimentaire provenant du
minerai de phosphate : roche concentre en sels de phosphate. On
utilise principalement le tripolyphosphate de sodium (STPP) :
Na5P3O10, qui est un excellent complexant. Le taux de
tripolyphosphate dans les formules de dtergents pour lave-vaisselle
peut atteindre 46 % et il est limit 20 % pour le lavage du linge
usage domestique.
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Mais, plusieurs pays ont interdit leur utilisation ou lont limit
4% car cest le principal responsable de l'eutrophisation des eaux
de rivires conduisant une prolifration dalgues engendrant une
diminution de la concentration en oxygne dans les eaux nfaste pour
les organismes marins. La Fabrication du tripolyphosphate
(Na5P3O10), 300-500C seffectue selon la raction suivante:
2 Na2HPO4 + NaH2PO4 > Na5P3O10 + 2 H2O
L'hydrogno et le dihydrogno phosphate de sodium sont prpars par
neutralisation de solution de H3PO4 par NaOH ou Na2CO3 [2].
- lEDTA (lthylne diamine ttra actique, acide not H4Y
((CH2-COOH)2-N-CH2-CH2-N-(CH2-COOH)2), le nitrilotriactate (NTA),
le polycarboxylates et le citrate de sodium.
Les changeurs dions
Ils fonctionnent en changeant les ions sodium avec les ions
calcium et magnsium :
- Les zolites : se sont les alumino-silicates de sodium
(Al2O3,Na2O,2SiO2,4,5H2O). Ils sont insolubles, utiliss dans les
lessives, en combinaison avec les agents complexants. Ils
remplacent les phosphates dans les pays qui les interdisent.
- Les silicates lamellaires : disilicate de sodium et
mtasilicate de sodium.
Les prcipitants
Ils liminent galement les ions responsables de la duret en
formant des composs de calcium insolubles. Les plus utiliss sont le
carbonate de sodium et le silicate de sodium
A-I-4-1-2- b- Les agents de blanchissement
Ce sont des produits capables de dcolorer une substance par
lintermdiaire dune raction chimique doxydation. Alors, ils
permettent denlever les taches colores ou les salissures maigres
(caf, th, herbe, fruits, lgumes...) qui sont oxydes en forme
incolore. Ces agents peuvent tre :
Composs capables de librer de loxygne : Ces agents de
blanchiment les plus utiliss sont des composs capables de librer in
situ des formes actives de loxygne, notamment leau oxygne, H2O2 :
espce reconnue comme tant loxydant efficace responsable du
blanchiment : le perborate de sodium (ou peroxoborate ttrahydrat
NaBO3 4 H2O), le percarbonate de sodium, 2 Na2CO3 3 H2O2, le
ttraactylthylnediamine (TAED), le nonanoyloxybenzne sulfonate de
sodium (SNOBS).
Composs chlors : Ce sont des agents de blanchiment organiques
librant du chlore actif : L'hypochlorite de sodium, NaClO, Le
dichloroisocyanurate (NaDCC ou KDCC) [2].
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A-I-4-1-2- c- Les stabilisateurs
La stabilit et la viscosit des produits sont contrles grce
l'introduction d'agents hydrotropes qui favorisent la
solubilisation des ingrdients peu solubles : le xylne sulfonate de
sodium (SXS), le tolune sulfonate de sodium (STS), le cumne
sulfonate de sodium (SCS), l'ure, les alcools comme l'thanol.
A-I-4-1-2- d- Les enzymes
Les enzymes sont des molcules de protines complexes de nature
organique dorigine animale, vgtale ou microbienne. Elles agissent
comme des biocatalyseurs permettant de dcomposer de grosses
molcules organiques en molcules plus petites facilement limines par
le dtergent.
les protases pour liminer les taches protiniques (lait, le sang,
luf, herbe) les amylases pour les taches damidon, de chocolat, de
sauce les lipases pour les taches grasses : rouge lvre, huile,
sauce
A-I-4-1-2- e- Les agents azurants
Les agents azurants augmentent, par fluorescence, la couleur
blanche et donc l'apparence de propret du linge. En effet, ils
peuvent corriger la nuance jauntre dun tissu blanc charg d'impurets
qui absorbent la partie bleue du spectre et refltent de la lumire
jaune.
Ces composs sont des substances fluorescentes, incolores,
possdant la proprit dabsorber la lumire situe dans le proche UV et
donc lmission dun rayonnement lumineux bleu. Par ce processus
physique, ils remplacent donc la lumire bleue absorbe par le tissu
jauntre par une fluorescence bleue prleve dans lUV, ainsi la nuance
jaune disparue. Les composs les plus utiliss dans les poudres
dtergentes sont des drivs de lacide
[2].
A-I-4-1-2- f- Les agents antiredposition
Lanti-redposition est laction de maintenir en suspension dans le
bain de lavages les salissures dtaches du tissu afin quelles ne se
redposent pas. Les agents antiredepositions sont des polymres
hydrophiles chargs qui sadsorbent la surface des fibres et leur
confrent une charge ngative qui empche, par un phnomne de rpulsion
lectrostatique, le rapprochement des salissures charges ngativement
prsentes dans le bain de lavage qui sont dj limines par les
tensioactifs ; ainsi ils vitent leur redposition [2]. Les plus
utiliss sont : Carboxymthyl cellulose de sodium (CMC),
Polyacrilates de sodium, la polyvinylpyrrolidone (PVP), les thers
cellulosiques.
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A-I-4-1-2- g- Les Agents antimousses
La mousse est une mulsion de deux phases non miscibles, elle est
forme lors daddition du dtergent leau. Elle prsente un signe
defficacit pour lutilisateur. Elle est recherche pour les produits
la main (linge et vaisselle) pour des sensations de douceur au
toucher mais elle est indsirable dans le lavage machine car elle
gne au rinage. Les antimousses utilises dans la dtergence sont les
savons ou les silicones.
A-I-4-1-2- h- Les solvants
Dans les lessives et les nettoyants liquides, les solvants sont
utiliss pour amliorer la solubilit de certains composs et de
certaines salets dans leau. Les principaux solvants utiliss sont :
le mthanol, lthanol, lactone, lthylne glycol, le tolune, le benzne,
les solvants chlors (le trichlorthylne, le ttrachlorthylne, le
ttrachlorure de carbone, le 1,1,1 trichlorthane).
A-I-4-1-2- i- Les acides
Les acides sont utiliss pour stabiliser le taux dacidit, pour
dissoudre les dpts calcaires et, dans certains cas, pour enlever
certaines taches spcifiques. Les acides utiliss dans les dtergents
sont, entre autres, lacide actique, lacide citrique, lacide
chlorhydrique, lacide phosphorique, lacide oxalique.
A-I-4-1-2- j- Les alcalis
Dans les produits dentretien, les matires alcalines stabilisent
le degr dacidit des solutions de lavage ce qui permet entre autre
daugmenter lefficacit de certains dtergents.
Les matires alcalines utilises dans la fabrication des dtergents
sont principalement lammoniaque, la soude caustique, le silicate de
sodium et le carbonate de sodium.
A-I-4-1-3- Les additifs complmentaires
Dans la plupart des produits dtergents, il y a dautres
ingrdients que la matire active.
Les charges Se sont des composs de remplissage, les plus utiliss
sont les Sulfate de calcium ou de sodium et les Carbonate de
calcium ou de sodium.
Les parfums Ils namnent rien au niveau performance mais ils
renforcent les ventes du dtergent et rendent lutilisation agrable.
Les parfums qui sont des produits volatils (Huile essentielle,
extrait aromatique) ont pour rle d'apporter une odeur frache et
naturelle. Ils masquent les odeurs dsagrables des salissures et de
certains ingrdients du dtergent.
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Les colorants Des colorants sont prsents dans la plupart des
produits. Ils distinguent les produits entre eux et les rendent
visuellement attractifs. La concentration en colorants est en gnral
assez faible, de l'ordre de 0,005 0,01 %.
Leau Cest le solvant utilis dans la formulation des dtergents,
ajoute pour la dissolution des ingrdients et pour obtenir le volume
dsir (qsp 100%). Dans la pluparts des formulations on utilise leau
potable, mais parfois leau peut tre trait : adoucie, distille.
A-I-4-2- Exemples de formulations
La formulation des produits dtergents c'est--dire le
pourcentage, la nature et le type de diffrents ingrdients utiliss
dpend de la nature deau utilise (duret de leau), la nature des
salissures enlever et le type de surface nettoyer (linge ou
vaisselle ou sol), le type de lutilisation main ou machine) et la
forme du produit fini (poudre ou liquide).
Ainsi, les dtergents sont formuls avec des ingrdients choisis
pour remplir une fonction de nettoyage gnrale et donner des
proprits particulires ces produits, de manire tre efficaces en
termes de performances et aussi tre pratiques d'utilisation
[2].
Des exemples de formules considrs dans la fabrication des
dtergents en poudre pour lave linge sont prsents dans le Tableau
1.
Tableau 1 : Exemples de formules de dtergent en poudre : Formule
A = lavage la main Formule B = lavage en machines laver [2]
Composants % (Formule A) % (Formule B) Tensioactifs anioniques
15 30 10 20
Tensioactifs Tensioactifs non ioniques 0 3 0 5
Agents Antimousse - 0 1,5
STPP 3 20 15 30
Silicate de Na 5 10 5 15 Agants anticalcaires
Carbonate de Na 5 10 5 15
Charges : Sulfate de Na 20 50 5 15
Carbonate de calcium : alcalin 0 15 -
Percarbonate de Na - 0 15 Agents de blanchissements
TAED ou SNOBS - 0 4
Enzymes, azurants optiques, agents antiredeposition, parfums 0 1
0 1
Eau Qsp 100 Qsp 100
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A-I-4-1- Procds de fabrication
La fabrication des dtergents comprend toute une srie d'oprations
de transformation et de conditionnement. La slection des matires
premires est la premire tape de la fabrication. Les matires
premires sont choisies en fonction de nombreux critres, y compris
leur scurit pour les humains et pour l'environnement, leur cot,
leur compatibilit avec d'autres ingrdients ainsi que la forme et
les caractristiques de performance du produit fini. S'il arrive que
les mthodes de production mmes varient d'un fabricant l'autre,
certaines tapes sont communes tous les produits se prsentant sous
une forme similaire (liquide, poudre) [4].
A-I-4-1-1- Les dtergents en poudre
Les dtergents en poudre sont produits dans les industries selon
des processus typiquement continus soit par schage par atomisation,
soit par agglomration.
Le procd de schage par atomisation
Le procd de schage par atomisation (spray drying) est le plus
utilis, il permet la production dune poudre trs fine et homogne
puisque chaque grain de poudre atomise contient tous les ingrdients
incorpors dans la formule. La poudre produite est d'une densit
faible car les grains atomiss sont creux et poreux, ce qui lui
confre une grande capacit de dilution dans l'eau de lavage [5].
Ce procd consiste pulvriser le produit scher dans un courant de
gaz chaud, ainsi, le solvant svapore rapidement par contact direct
de manire obtenir instantanment une poudre. Les tapes du processus
de production du dtergent en poudre par le schage par atomisation
sont reprsentes dans la Figure 3.
Figure 3 : Processus typique de production des dtergents en
poudre [4]
-
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-Etape 1 : Les ingrdients secs et liquides issus dun dosage
prcis selon une recette prdtermine sont d'abord combins dans une
suspension paisse, dans une cuve appele malaxeur qui assure le
mlange continu.
-Etape 2 : Cette suspension paisse contenant 30 40% deau est
filtre puis chauffe sous agitation 80C, ensuite elle est pompe
jusqu'au sommet de la tour datomisation o elle est pulvrise par une
turbine centrifuge afin de produire de petites gouttelettes.
Ces gouttelettes tombent dans un courant d'air chaud envoy dans
la tour 300C et forment des granules creux en schant tout au long
de leur sjour dans la chambre datomisation.
-Etape 3 : Les granules schs sont recueillis au fond de la tour
de pulvrisation, o ils sont passs au crible afin d'obtenir une
taille relativement uniforme.
-Etape 4 : Aprs que les granules sont refroidis, les ingrdients
thermosensibles, incompatibles avec les tempratures du schage par
pulvrisation (comme les agents de blanchiment, les enzymes et les
parfums) sont ajouts : les ingrdients secs sont ajouts dabord sur
le convoyeur en ceinture puis les additifs liquides sont combins et
entrs dans un mlangeur en continue.
-Etape 5 : Aprs mlange, le dtergent en poudre passe par un
tamisage final et il est ensuite transfr vers lopration de
conditionnement et demballage.
Le procd par agglomration
Il permet de fabriquer des poudres de plus grande densit (qui
peuvent tre conditionnes dans des emballages bien plus petits),
lagglomration est l'opration consistant mlanger des matires
premires sches et des ingrdients liquides. Grce un liant liquide,
au laminage ou au simple mlange, les ingrdients s'entrechoquent et
adhrent les uns aux autres, formant de plus grosses particules
[5].
A-I-4-1-2- Les dtergents liquides
Lindustrie des dtergents liquides est une industrie de malaxage
ce qui implique des procds simples par mlange continu. Le processus
de fabrication est reprsent dans la Figure 4, il comporte les tapes
suivantes [4]:
-Etape 1 : Les ingrdients secs et liquides sont doss selon une
recette prdtermine et ils sont ajouts leau et mixs en un mlange
uniforme dans des mlangeurs dhomognisation d'une grande efficacit
mulsifiante qui assurent un mlange complet durant la production fin
dobtenir un produit lisse et homogne en apparence.
-Etape 2 : Ensuite le mlange passe par une opration de filtrage
pour se dbarrasser des impurets et des ingrdients qui ne se sont
pas solubiliss et sont prcipits.
-Etape 3 : Le produit fini est envoy vers lopration de
conditionnement et demballage.
-
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Figure 4 : Processus de fabrication des dtergents liquides
[4]
Le conditionnement, ou emballage, est la dernire tape de la
fabrication des dtergents. Ils sont conditionns en cartons, en
bouteilles, en sachets, en sacs et en bidons. Le choix des matriaux
de conditionnement et des contenants tient compte de considrations
relatives la compatibilit et la stabilit du produit, du cot, de la
scurit de l'emballage, de l'incidence des dchets solides, de
l'aspect esthtique et de la facilit d'utilisation.
A-I-5- Shampooings
Un shampoing est un produit cosmtique ayant un pouvoir dtergent,
il est destin au nettoyage de la chevelure et de cuir chevelu. Il
est prsent gnralement sous forme de liquide ou de crme, formul
partir dun simple mlange dagents tensioactifs permettant de
dissoudre la graisse qui est entrane dans l'eau avec les salets
qu'elle contient [6].
A-I-5-1- Composition
Il nexiste pas une formule type pour les shampooings, chaque
fabricant compose ses propres formules qui sont diffrencies et
adaptes selon les applications recherches (cheveux secs, cheveux
gras, shampooing pour enfant ou pour adultes, etc.) et selon les
proprits requises ( antipelluculaire, ultra doux, souple.) [6].
A-I-5-1-1- Tensioactifs
Les tensioactifs sont les lments de base dans la formulation des
shampooings. Ils sont des agents lavants de concentration
suffisamment importante pour nettoyer la chevelure. Ils doivent
avoir un bon pouvoir dtergent et moussant avec des proprits douces
et non irritantes. Ils reprsentent en solution 15 25% de la
formulation. Les tensioactifs utiliss sont :
-
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Les tensioactifs anioniques
Le Lauryl ther sulfate de sodium et les olfines sulfonate de
sodium : ce sont dexcellents nettoyants et ils moussent bien. Mais
ils irritent le cuir chevelu qui est beaucoup plus sensible que les
cheveux, alors leur action est quilibre par lassociation avec
dautres tensioactifs anioniques plus doux : Alkylsulfosuccinate de
sodiumet Alkylsulfoactate de sodium ou encore avec dautres
tensioactifs, tels que les amphotres ou les non ioniques.
Les tensioactifs amphotres
Les Cocoamidopropylbtane (CAPB) : ce sont essentiellement des
drivs de btane. Ils sont moins dtergents et lgrement moins
moussants que les anioniques mais trs bien tolrs par le cuir
chevelu et peuvent reprsenter jusqu 75 % des tensioactifs prsents
dans la formule. On les associe avec les anioniques pour en
amliorer la tolrance et pour que le shampooing devient plus
doux.
Les tensioactifs non ioniques
Ils sont considrs comme les plus doux des tensioactifs tout en
ayant un potentiel dtergent non ngligeable. Mais ils ont un faible
pouvoir moussant. Cest pourquoi ils sont associs avec les autres
types de tensioactifs peu agressifs pour raliser des shampooings
trs doux : Le diethanolamine (DEA), le triethanolamine (TEA), le
polyglucose.
A-I-5-1-2- Additifs complmentaires
Le shampoing contient aussi diffrents additifs selon l'effet
recherch :
Les agents paississants
Ce sont des substances qui permettent daugmenter la viscosit,
donc davoir un shampoing plus ou moins onctueux et crmeux et non
liquide ce qui facilite son utilisation. Les paississent les plus
courants sont : le chlorure de sodium, les amides alcool dhuile de
coco (cocoamide), les alginates, la distarate de polythylne glycol,
des polymres cellulosiques ou acryliques.
Les stabilisateurs de mousse
Ils augmentent le volume, la densit et la stabilit de la mousse
et la rendent plus onctueuse. Les excellents stabilisateurs de
mousse sont : Les drivs dacide gras de Coprah
(dihydroxythanolamide) et les aminoxydes.
Les rgulateurs de pH
Le cheveu humain est naturellement acide et son lavage aux
shampoings alcalins peut nuire l'quilibre acide et l'endommager.
Cest pourquoi on ajoute des agents qui ajustent le pH entre 5 et 7,
afin dtre le plus proche possible du pH de la peau comme : lacide
citrique et lacide lactique.
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Les conservateurs
Ils empchent principalement le dveloppement de micro-organismes
et ils prviennent des contaminations lors de lutilisation des
shampoings : lextrait de ppins de pamplemousse, le sorbate de
potassium, lacide sorbique, les parabens : esters de lacide
parahydroxybenzoque, le Sodium Methylparaben
Les colorants et les parfums
Ils rendent lutilisation plus agrable. Les shampoings sont
parfums laide des huiles essentielles et les extraits aromatiques
pour apporter des odeurs agrables lors de lutilisation et ils sont
colors (mica, oxyde de fer) pour donner un aspect attractif aux
yeux.
Les squestrants
Ils complexent les sels de calcium et de magnsium rencontrs dans
leau dure et vite ainsi la prcipitation des tensio-actifs. Ce sont
des agents anticalcaires dont le plus utilis est lEDTA.
Les anti-pelliculaires
Ltat pelliculaire se prsente comme une agglomration des cellules
dtaches pour former les pellicules grasses (protines et lipides) o
se dveloppent des microorganismes qui irritent le cuir chevelu. Les
antipelliculaires qui diminuent ou liminent cet effet sont : des
antifongiques (zinc pyrithione, piroctone olamine, sulfure de
slnium) et des antiseptiques (lacide salicylique, lhuile de
cade).
A-I-5-2- Formule gnrale des shampooings
Les shampooings sont gnralement prsents sous formes liquide, gel
ou crme. Leur fabrication est assure selon un procd similaire celui
des dtergents liquides dcrit ci-dessus qui consiste un simple
mlange des diffrents ingrdients. Le Tableau 2 prsente un exemple
dune formule gnrale adopte dans la formulation des shampooings
liquides
Tableau 2 : Formule gnrale dun shampooing liquide [6]
Ingrdient Proportion Tensioactifs (agents lavants) 15 25 %
Stabilisateurs de mousse 1 4 % Epaississants 2 5 % Squestrants 0,5
2 % Opacifiants 1 2 % Conservateurs 0,1 0,5 % Traitants spciaux
Quantit selon le besoin Colorants et parfum Quantit suffisante
Eau
40 - 60 %
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A-II- Notions de la radioactivit
La radioactivit est un phnomne naturel qui fait partie de faon
naturelle de notre environnement et de nous mme. Elle est dcouverte
par Henri Becquerel en 1896 [2@]. La radioactivit est un processus
rsultant dune transformation nuclaire spontane, appele
dsintgration, qui saccompagne dune mission de rayonnements
radioactifs.
A-II-1- Monde atomique
Pour comprendre pourquoi et comment une matire peut tre
radioactive, il faut dcouvrir un minimum de notions sur la
structure de la matire. Les plantes, lair, leau, les pierres, les
tres vivants tous les corps de la nature sont constitus dune matire
forme partir de minuscules entits : les atomes.
A-II-1-1- Structure de latome
Chaque atome qui est lectriquement neutre, est constitu dun
noyau, trs dense et extrmement petit, autour du quel tournent trs
rapidement des lectrons porteurs dune charge lectrique ngative
lmentaire. Le noyau est lui-mme compos de particules, des nuclons,
qui se rpartissent en deux espces : les protons porteurs d'une
charge lectrique gale et oppose celle de l'lectron et les neutrons
dpourvus de charge lectrique [7].
Un noyau dun lment chimique X peut ainsi tre reprsent par
plusieurs nombres caractristiques :
Z = nombre de protons = nombre dlectrons = numro atomique A =
nombre de nuclons = nombre de masse = Z + N Avec N = nombre de
neutrons
On appelle isotopes, isotones et isobares des noyaux qui ont
respectivement le mme Z, N ou A.
A-II-1-2- Stabilit du noyau atomique
La stabilit ou l'instabilit d'un noyau rsulte de la comptition
entre les forces attractives et rpulsives prsentes en son sein. En
effet, les noyaux doivent leur stabilit la force attractive
nuclaire trs intense capable de l'emporter sur la rpulsion
lectrique des protons pour maintenir les nuclons colls
ensembles.
Les noyaux naturels qui sont stables ont une composition en
protons et neutrons (normalement de mme nombre) qui leur confre une
structure trs quilibre ; alors que, les noyaux instables ont au
contraire une composition en protons et neutrons qui rend leur
architecture interne plus fragile [7].
X A Z
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Ces noyaux, afin de se stabiliser, subissent une transformation
nuclaire spontane quon appelle une dsintgration radioactive qui est
de diffrents types selon la proportion des neutrons par rapport aux
protons. Alors, la stabilit des noyaux est fonction du nombre de
protons (Z) par rapport au nombre de neutrons (N) ; ce qui a permis
de prsenter tous les noyaux possibles sur un diagramme Z = f(N)
donn dans la Figure 5.
Figure 5 : Diagramme (N, Z) reprsentant les noyaux stables et
instables [3@]
Ce diagramme montre que la zone de stabilit des noyaux (domaine
en noir) est confondue avec la bissectrice N=Z pour les noyaux
lgers (A < 20), alors quelle scarte notablement de cette
bissectrice pour les noyaux lourds (A > 20) qui ont besoin de
plus de neutrons que de protons pour rester stables. Les noyaux
instables sont reprsents dans le domaine en bleu pour les noyaux
ayant un excs de neutrons et en orange pour ceux qui ont un excs de
protons. Ces noyaux subissent une raction nuclaire (la dsintgration
radioactive) afin de se stabiliser en sapprochant de la bande de
stabilit [3@].
A-II-2- Lois de la radioactivit
La radioactivit rsulte de la transformation nuclaire spontane
des noyaux instables, cest la dsintgration radioactive qui
saccompagne dune mission de particules pour former de nouveaux
noyaux plus stables.
A-II-2-1- Loi de la Dsintgration radioactive
Le nombre, dN, de dsintgrations nuclaires spontanes qui se
produisent dans une quantit donne de matire pendant un temps
infiniment petit, dt, est proportionnel au nombre d'atomes
radioactifs N et au temps dt [8].
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dN = .N.dt (1)
Le signe moins () exprime le fait que le nombre datomes N
diminue au cours du temps. est la constante de dsintgration =
probabilit par unit de temps pour que le noyau se dsintgre.
Par intgration, on obtient: N (t) = N0 .e t (2) N0 : le nombre
d'atomes radioactifs prsents l'instant initial. Nt : le nombre
d'atomes radioactifs prsent l'instant t.
La loi de dsintgration radioactive qui exprime la variation du
nombre datomes radioactifs N(t), en fonction du temps, est une loi
de dcroissance exponentielle (Figure 6).
Figure 6 : Courbe de dcroissance radioactive [8]
A-II-2-2- Priode radioactive
La priode T est le temps au bout duquel la moiti des atomes
prsents sont dsintgrs. Cest pourquoi on lappelle aussi demi-vie
[9].
0N)21()T(N = (3)
21)Texp( = (4)
= /2lnT (5)
La priode radioactive, qui mesure la rapidit de la dcroissance,
est une caractristique du noyau. Elle couvre un domaine vaste de
temps allant de la fraction de seconde au milliard dannes [8].
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A-II-2-3- Activit dun radiolment
L'activit A d'un radiolment est le nombre de dsintgrations qui
se produisent par unit de temps dans une quantit donne de ce
radiolment [9]. Elle est donne par le produit du nombre de noyaux
radioactifs (N) prsents par la constante radioactive () :
A= .N (6)
Puisque lactivit est proportionnelle au nombre datomes donc elle
suit galement la loi de dcroissance radioactive :
A(t) = A0 e-t (7)
A0 est lactivit linstant t = 0.
On note que lorsquun chantillon de matire radioactive contient
plusieurs radiolments, lactivit totale est la somme des activits de
chaque lment. Lactivit est exprime en Becquerels (Bq) ou en Curie
(Ci). Le Bq correspond une dsintgration par seconde et il est
utilis en gnral pour les basses activits ; tandis que le Ci qui
correspond 3,7 1010 dsintgration par seconde est utilis pour des
activits leves [8].
A-II-3- Types de la radioactivit
Il existe plusieurs formes de radioactivit selon la nature des
noyaux instables (composition en nuclons) et leurs modes de
dsintgration (mcanisme de transformation nuclaire) correspondant
aux diffrents types de rayonnements radioactifs.
A-II-3-1- La radioactivit alpha ()
La radioactivit alpha est produite par les atomes lourds
(Z>82) dont les noyaux contiennent un excs des deux types de
nuclons : protons et neutrons. Elle correspond lmission de
particule constitue de 2 protons et 2 neutrons (noyau dhlium 24He)
[8]. La raction de dsintgration scrit :
HeYX 424A2Z
AZ +
-
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Les rayonnements rsultants de ce mode de dsintgration sous forme
de particules sont mis avec de trs grandes nergies (entre 4 et 8
MeV), spcifiques du radiolment metteur. Exemple de dsintgration :
la dsintgration du radium en radon:
226 88Ra 22286Rn+ 4 2He
A-II-3-2- La radioactivit bta ( ) La radioactivit bta est
produite par les atomes possdant un excs dun type de nuclon par
rapport lautre [8]. Alors on distingue deux variantes de
radioactivit bta :
La radioactivit -
La radioactivit - est propre aux noyaux ayant un excs de
neutrons. Elle correspond la transformation dun neutron en un
proton et cration dun lectron ngative qui est ject hors du noyau
(cest la particule -) et accompagn de lmission dun anti- neutrino
[7]. La raction de dsintgration - scrit :
Exemple de dsintgration - : La dsintgration du cobalt en nickel
:
6027Co 2860Ni
La radioactivit +
La radioactivit + est propre aux noyaux ayant un excs de proton.
Elle correspond la transformation dun proton en un neutron et
cration dun lectron positif ou positon qui est ject hors du noyau
(cest la particule +) et accompagn de lmission dun neutrino [9]. La
raction de dsintgration + scrit :
L'excs de neutrons tant beaucoup plus frquent parmi les noyaux
radioactifs naturels que l'excs de protons, la radioactivit
bta-moins est de loin la plus observe. Lordre de grandeur des
nergies () libres varie de quelques keV au quelques Mev. Exemple de
dsintgration + : La dsintgration du Ne en F : 10 19 Ne 9 19 F La
radioactivit gamma ( )
La radioactivit est produite par les noyaux instables excits
(ayant un excs dnergie) provenant de la dsintgration alpha ou bta
ou encore de la capture lectronique. Elle correspond la
dsexcitation de ces noyaux (un rarrangement des nuclons) par
lmission des rayons lectromagntiques de nature photonique (rayons )
sous forme dnergie allant de 100 keV 10 MeV et caractriss par leur
frquence tel que : E = h. (avec h=6,663 J.s-1 : constante de
Planck).
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Alors chaque rayonnement mis par un radionuclide est caractris
par une nergie bien dtermine caractristique du noyau et donc de
latome rfrence dans une bibliothque de donnes nuclaires [10]. La
raction de lmission scrit :
+ XX AZ*AZ
Exemple : la dsintgration - du cobalt en nickel suivi dune
mission :
6027Co 2860Ni * 2860Ni
A-II-4- Caractristiques des rayonnements radioactifs
Les rayons radioactifs mis (, , ) sont tous de mme origine
nuclaire ( mis par le noyaux ) mais qui diffrent par le mode de
production (selon les diffrents modes de dsintgration).
Les rayons alpha sont des particules chargs positivement, les
bta peuvent tre de nature positive et ngative et les gamma de
nature neutre (photon), alors les alpha et bta modifient la
structure de latome alors que les gamma sont dnergie pure sans
apport matriel.
Les photons gamma possdent un grand pouvoir de pntration et ne
peuvent tre freins que par des matires lourdes comme le fer, le
bton, le plomb, dont lpaisseur peut aller jusqu plusieurs mtres.
Alors que les rayons bta peuvent tre retenus par une plaque
daluminium de quelques millimtres ou dune couche dair de quelques
dizaine de cm, et les alpha sont moins pntrants et rapidement
freins sur une feuille de papier ou une couche dair de 3 cm
[11].
Les rayonnements radioactifs (, , ) se caractrisent des autres
types de rayonnements existant dans notre environnement Rayons X,
IR, UV, V, IR, MO, OR par :
Leur origine nuclaire c'est--dire mis par un noyau, alors que
les autres rayonnements sont mis soit par une molcule (lumire..)
soit par un atome (rayons X.).
La nature des particules mis : les alpha et bta sont des
particules charges, alors que les gamma les autres rayonnements
sont des rayons lectromagntiques.
Leur effet sur la matire, les rayons radioactif sont ionisants
(pouvoir de dtacher un lectron dun autre atome) mais les autres
sont non ionisants.
Lnergie mis : elle est faible pour les rayons lectromagnetiques,
E
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A-II-5- Sources de la radioactivit naturelle
La radioactivit fait partie de lunivers. Elle est prsente de
faon naturelle dans notre environnement et dans nous mme. Ds la
formation de la Terre, il y a environ cinq milliards d'annes, la
matire tait constitue d'lments stables et dlments instables dits
radioactifs et sont appels radionuclides. Ces lments naturels
metteurs de rayonnements radioactifs relvent de deux origines
distinctes : cosmognique et tellurique [12].
A-II-1- Rayonnement cosmognique
Les rayons cosmiques, constitus dions extrmement nergtiques
provenant du soleil et des galaxies, ragissent avec les atomes et
molcules de latmosphre produisant ainsi les cosmo-nuclides :
radionuclides dorigine cosmique metteurs de rayonnements
radioactifs cosmogniques [12].
Principaux radionuclides cosmogniques : 3H, 7Be, 10Be, 14C,
22Na, 26Al, 32Si, 32P, 33P, 35S, 36Cl, 39Ar, 38Mg, 24Na, 38S, 31Si,
18F, 39Cl, 38Cl, 34mCl, 37Ar, 80Kr, 35S.
A-II-2- Rayonnement tellurique
Les radionuclides dorigine tellurique appels nuclides
primordiaux sont naturellement prsents, au moment de formation de
la terre, dans la crote terrestre et dans latmosphre produisant les
rayonnements radioactifs telluriques [12].
Sries radioactives
Les radionuclides primordiaux naturels prsents, soient ils se
dsintgrent en une seule fois en donnant des lments stables (comme
le potassium 40 et le rubidium 87); soient ils produisent une
longue srie de dsintgrations (filiation radioactive) avant dobtenir
un lment stable : ce sont les familles radioactives de l238U, 235U
et 232Th; dans lesquelles ces trois radionuclides produisent des
sries de descendants eux mme radioactifs [8]. La plupart des lments
radioactifs existant l'tat naturel appartiennent ces trois sries de
transformations.
Principaux radionuclides
Luranium : cest un radiolment qui possde trois principaux
isotopes naturels (234U, 235U et 238 U) qui se dsintgrent en
mettant des rayonnements , -. Luranium naturel tel quil est extrait
de son minerai contient 99.275% de lisotope 238, 0.719% de lisotope
235 et 0.005% de lisotope 234 [13].
- L 238U : Il se dsintgre trs lentement, avec une priode proche
de 4.5 milliards dannes. Sa famille comporte 13 principaux
descendants radioactifs metteurs , - et et aboutit un lment stable,
le plomb 206 [8]. Le radon 222Rn est le sixime descendant de la
filiation radioactive de luranium 238.
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Il est issu de la dsintgration du radium et se dsintgre lui-mme
en quelques jours en 218Po, en mettant une particule . Sa priode
tant trs courte (3,8 jours), on ne lobserverait pas dans notre
environnement sil ntait rgnr en permanence.
La Figure 7 prsente les diffrents descendants de l238U, leurs
modes de dsintgration ainsi que leurs priodes respectives.
Figure 7 : Famille de l238U [8]
- L 235U : Cette famille a pour chef de file l235U, metteur de
7.04 108 ans de priode. Elle comprend 13 descendants principaux
dont le dernier est le 207Pb qui est stable [8]. La Figure 8
prsente les diffrents descendants de l235U, leurs modes de
dsintgration ainsi que leurs priodes respectives.
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Figure 8 : Famille de l235U [8]
Le thorium : Il appartient la srie des actinides ; il est
prsent, en particulier, dans les chanes de dcroissance radioactives
de luranium naturel. Il prsente 13 radio-isotopes (de masses
atomiques allant de 212 236) dont le principal est 232Th,
radiolment primordial, metteur de rayonnements alpha et de 14.1
milliards dannes de priode. Il donne naissance de nombreux produits
de filiation dont l 228Ac, metteur de rayonnements et [14]. Ses dix
principaux descendants sont des metteurs , - et , le dernier est le
plomb 208 qui est stable.
La Figure 9 prsente les diffrents descendants du 232Th, leurs
modes de dsintgration ainsi que leurs priodes respectives.
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Figure 9 : Famille du 232Th [8]
Le potassium : Avec l'uranium et le thorium, le potassium
contribue la radioactivit naturelle des roches et la chaleur de la
Terre. Lisotope 40K reprsente un dix millime du potassium naturel
et a une priode de lordre de 1,251 milliard d'annes. Il se situe
entre deux isotopes stables et beaucoup plus abondants (39K et 41K)
qui constituent 93.25% et 6.73 % de cet lment.
Le 40K possde la particularit de se dsintgrer en deux noyaux
diffrents : dans 89 % des cas en 40Ca par dsintgration bta moins ;
dans 11 % des cas en 40Ar par capture lectronique suivie d'une
mission gamma de 1,46 MeV. Cette mission gamma joue un rle
important car elle sert identifier les dsintgrations du 40K
[2@].
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Equilibre radioactif
Les dsintgrations des radionuclides pres dans les produits
desquelles se trouvent donnent des noyaux fils instables
(radioactifs), qui possdent eux-mmes une activit et se dsintgrent
leur tour. L'quilibre radioactif est atteint lorsque le nombre de
noyaux d'un nuclide donn qui se forment est gal au nombre de noyaux
qui se dsintgrent. La Terre tant vieille de 4,5 milliards d'annes,
il s'est tabli, l'intrieur des trois filiations radioactives (238U,
235U, 232Th), un quilibre entre les proportions du noyau anctre et
de ses descendants [2@].
Ces proportions voluent si lentement que cet quilibre est dit
sculaire . A chaque instant, il se forme autant de noyaux d'un
lment de la descendance qu'il ne s'en dsintgre. Toutes les activits
sont pratiquement constantes et gales celle du noyau anctre.
Principales sources dans lenvironnement
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Radioactivit des sols
Une tonne de terre contient en moyenne: 5 g de potassium 40, 3 g
d'uranium et 10 g de thorium. Les concentrations semblent faibles,
mais les quantits sont normes (5.1013 tonnes U-238, 3.5 1011 tonnes
U-235 et 1,6 1014 tonnes thorium. Dans les roches, les
radionuclides se dsintgrent en mettant des rayonnements : en tout
lieu, tout tre humain est expos ce rayonnement appel tellurique. En
profondeur, lnergie du rayonnement est dissipe sous forme de
chaleur qui contribue pour moiti la chaleur dgage par la terre. La
Terre produit ainsi chaque seconde une quantit de chaleur value
42.1012 watts dont 20. 1012 sont dus la radioactivit (40 % par
238U, 40 % par 232Th, 20 % par 40K) [12].
Radioactivit de leau
Les eaux de surface sont trs peu radioactives (moins de 1 Bq/L),
mais les eaux minrales le sont plus (de 2 4 Bq/L). On y retrouve le
potassium 40, l'uranium 238 et quelques-uns de ses descendants : le
radium 226, le plomb 210 et le polonium 210. Alors que, Le thorium,
trs peu soluble, est presque toujours absent. Lactivit naturelle en
potassium 40 est de lordre de : 1 3 Bq/litre pour leau minrale et
12 Bq/litre pour leau de mer [12].
Radioactivit de lair
Le radon est le principal radio-isiotope dans lair. Il trouve
son origine dans les sols o il est form par dsintgration des atomes
de radium. Seule une fraction dpendant de la porosit du sol, de la
taille des grains et de l'humidit russit s'chapper et atteindre
l'atmosphre. Dans les habitations, les concentrations en radon sont
trs variables selon les lieux et les pays : de 10 10 000 Bq/m3. La
moyenne des mesures effectues en tunisie est de 60 Bq/m3 [12].
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................................................................................................................................
Radioactivit de la chane alimentaire
Comme pour l'eau, les concentrations en radionuclides des
produits alimentaires sont faibles par rapport aux diffrents
milieux de l'environnement. Les radionuclides migrent plus ou moins
dans les chanes alimentaires, gnralement sans se concentrer. Le
transfert de radioactivit est au bout des chanes de type : Sol
Lgumes ou Sol Herbe Vache Viande ou Lait. On retrouve
essentiellement le potassium 40 qui reprsente 90 % de la
radioactivit des aliments [12].
Radioactivit en milieu marin
L'eau de mer prsente une radioactivit naturelle totale de
l'ordre de 13,5 Bq/L. Le potassium 40 et le rubidium 87 reprsentent
respectivement 90 % et 1 % de cette radioactivit naturelle. Tous
les radionuclides naturels sont prsents dans l'eau de mer. Les
sdiments marins (sables des plages et vases des ports) et les
organismes marins (algues et poissons) contiennent en plus au moins
une grande abondance du potassium 40 et des lments du groupe
uranium-thorium ainsi que leurs descendants [12].
................................................................................................................................
Radioactivit dans le corps humain
Lorganisme humain contient une moyenne de 4500 Bq en K-40 et
3700 Bq en C-14, et beaucoup moins des autres radionuclides
naturels. La dose moyenne reue vaut 3 mSv par an, due pour moiti
linhalation du gaz radon et ses descendants dans lair, et pour
lautre moiti lingestion daliments, lirradiation directe par les
sols et les murs et enfin au rayonnement cosmique [12].
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A-III- Technique de spectromtrie gamma
La spectromtrie gamma est une technique danalyse trs prcise dont
lobjet est didentifier et de quantifier les radiolments naturels
et/ou artificiels metteurs de rayonnements gamma prsents dans
lchantillon analyser et de contrler la non contamination
radioactive dans divers produits [10]. Elle permet en une seule
mesure et avec une prparation simple de lchantillon didentifier les
lments radioactifs prsents et de dterminer leur activit, permettant
ainsi de mesurer la radioactivit globale de lchantillon.
A-III-1- Interaction des rayons gamma avec la matire
La connaissance des diffrents phnomnes de linteraction des
photons gamma avec la matire (le milieu dtecteur) est essentielle
pour la comprhension des concepts de la technique de dtection de la
spectromtrie gamma. Les photons interagissent avec la matire selon
trois modes :
Leffet photolectrique : prdominant basse nergie Leffet compton :
domine aux nergies intermdiaires Leffet de matrialisation :
important haute nergie
Les diffrentes probabilits dinteraction avec la matire
(interaction avec les lectrons atomiques) selon ces trois effets
dpendent de lnergie E de rayonnement mis et des caractristiques de
la matire (nombre de masse A et numro atomique Z).
A-III-1-1- Leffet photolectrique
Cest un processus par lequel le photon incident, dnergie E, cde
toute son nergie un lectron dnergie E1 des couches profondes de
faible niveau dnergie , qui est alors ject de latome sous forme de
photolectron dnergie cintique E-E1 : il y a absorption totale du
photon et ionisation de latome. Ensuite latome qui a perdu un de
ses lectrons internes se trouve dans un tat excit ; alors il
rorganise son cortge lectronique par un comblement de la place
vacante de llectron ject par un lectron de couche plus externe
provoquant ainsi lmission d'un photon X de fluorescence (Figure
10).
Cet effet est produit lorsque l'nergie du gamma est de l'ordre
des nergies de liaisons des lectrons des couches profondes des
atomes rencontrs avec E>E1, donc il est prdominant pour les
faibles nergies et favoris dans les matriaux lourds [15].
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Figure 10 : Effet photolectrique [8]
A-III-1-2- Leffet compton
Le photon incident, dnergie E, cde une partie de son nergie un
lectron des couches priphriques de latome, qui est ject (lectron
compton dnergie cintique E-E), et lautre partie dnergie est mise
sous forme dun nouveau photon diffus dnergie E>>E1, donc il
est prdominant pour les nergies moyennes plus fortes celles deffet
photolectrique [15].
Figure 11 : Effet compton [8]
A-III-1-3- Leffet de matrialisation (la cration de paire
lectron-positon)
Cest un processus par lequel le photon incident dnergie
disparat, son nergie E, se matrialise pour donner naissance une
paire lectron-positon (, e+) de mme masse m0 et de mmes nergies
cintiques E= m0c2 (Figure 12). La dur de vie du positron est brve,
celui-ci sannihile avec un lectron libre du milieu et leur nergie
de masse est convertie en nergie lectromagntique sous la forme de
deux photons de 511 keV mis 180 l'un de l'autre [15].
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Alors, pour que ce processus ait lieu, le photon incident doit
avoir une nergie suprieur au seuil de cration paire 2*E, cest dire
E> 2* 511 keV = 1,022 MeV. Ainsi ce phnomne ne devient important
que pour les valeurs trs leves de E.
Figure 12 : Effet de matrialisation [8]
A-III-1- Chane de spectromtrie gamma
La chane de spectromtrie gamma comporte les quipements suivants
:
Une alimentation haute tension Un dtecteur dans un chteau de
plomb Une haute tension Un pramplificateur Un amplificateur Un
analyseur multicanaux Un ordinateur avec un logiciel de traitement
des donnes (Gamma Vision)
Pour fonctionner, le dtecteur doit tre polaris par une
alimentation haute tension. Le signal issu du dtecteur (provenant
de linteraction des rayonnements gamma ionisants avec la matire du
dtecteur) doit tre mis en forme par un pramplificateur pour tre
ensuite exploitable dans lensemble de la chane de mesure qui se
compose dun amplificateur suivi dun systme danalyse en amplitude
des impulsions. Tous les lments qui composent une chane de dtection
et qui contribuent la proportionnalit entre lnergie cde et
limpulsion finale doivent tre remarquablement stables et linaires
[10]. Lensemble de ces lments est schmatis sur la Figure 13
ci-dessous.
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Figure 13 : Schma de principe dune chane de spectromtrie gamma
[10]
A-III-1-1- Alimentation haute tension
Lalimentation haute tension est un lment indispensable, elle
fournit la haute tension ncessaire au fonctionnement du dtecteur et
le reste de la chane spectromtrique [10]. Elle doit remplir les
conditions suivantes :
- tre rglable pour les tensions imposes par le dtecteur - avoir
un bruit trs faible - pouvoir supporter sans chute de tension le
courant dbit par le dtecteur - tre stabilise pour ne pas prsenter
de drive au cours du temps
A-III-1-2- Dtecteur semi-conducteur
Le dtecteur est base du cristal de germanium qui prsente la
structure de semi-conducteur. Cest un milieu qui subit directement
lionisation des rayonnements incidents en mettant en mouvement des
paires dlectron-trou. Ces paires de charges sont en fonction de
leurs signes attirs aux bornes du milieu dtecteur polaris par une
alimentation lectrique de haute tension (Figure 14). Un courant
lectrique (impulsion) prend donc naissance dans le circuit chaque
interaction de dtecteur. Un pramplificateur est donc ncessaire pour
traiter cette information de faon la rendre exploitable [10].
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Figure 14 : Vue schmatique de principe de dtection de
rayonnement gamma avec un dtecteur semi-conducteur [10]
1) Rayon gamma incident avec le matriau du dtecteur 2) Plusieurs
lectrons libres et trous sont produits dans le dtecteur 3)
Appliquant un champ lectrique, les lectrons et trous produits sont
collects chaque lectrode 4) La charge collecte forme une impulsion
lectrique.
Le dtecteur est continuellement refroidi avec de lazote liquide
(-196 C) pour liminer les courants parasites existants et augmenter
la conductivit (la mobilit des porteurs de charge). Le dtecteur
semi-conducteur se caractrise par deux paramtres :
La rsolution : caractrise la qualit du dtecteur sparer deux
nergies proches. Lefficacit :caractrise le rendement du dtecteur
pour les rayonnements
gamma ionisants; le Germanium (ZGe = 32) est souvent utilis en
raison de son numro atomique lev donnant une bonne efficacit.
A-III-1-3- Chteau en plomb (blindage)
Le chteau en plomb est obligatoire pour rduire le bruit de fond
cosmique. Le matriau utilis est gnralement le plomb. Lpaisseur de
ce chteau doit tre au minimum de 10 cm quivalent plomb pour la
mesure de faible activit.
A-III-1-4- Pramplificateur
Le rle principal du pramplificateur nest pas damplifier le
signal issu du dtecteur mais de prparer le travail pour un
amplificateur dispos plus loin dans la chane de mesure. Il est conu
dans le but de transformer le courant lectrique, issu du dtecteur,
en une impulsion lectrique dont lamplitude est proportionnelle
lnergie libre par le photon [10].
Electrode Ngative
Couche de dpltion
-
R
A
---- ++++
++++
Amplificateu
Dtecteur Semi conducteur
Rayonnement
Tension dalimentation
++++
++++ ----
----
Electrode Positive
---- 2
3) 4
1
-
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On dispose le pramplificateur au plus prs du dtecteur pour :
rduire le bruit rduire le maximum de signal effectuer une
premire mise en forme du signal (production de limpulsion
traiter).
A-III-1-5- Amplificateur
Lamplificateur a pour fonction de multiplier dans un rapport
donn ajustable, lamplitude du signal quil reoit la sortie du
pramplificateur. Il contribue alors la mise en forme finale du
signal en vue de son analyse ou de son traitement [10].
A-III-1-6- Analyseur multicanaux
Un analyseur multicanaux comprend un codeur analogique-numrique,
une mmoire divise en segments aussi appele canaux et un cran de
visualisation. Ces lments permettent respectivement de convertir
les lamplitude du signal lectrique fourni par lamplificateur en
nombres qui sont proportionnels lnergie dpose dans le cristal, de
classer ces nombres dans les canaux de mmoire et de visualiser le
contenu de lensemble des canaux, cest dire la reprsentation du
spectre sur lcran [10]. Dans ce dernier, lnergie dpose dans le
cristal est relie au numro de canal et le nombre de coups dans un
canal donn est proportionnel au nombre de photons ayant dpos la mme
nergie. Cette visualisation finale seffectue grce un systme
incorpor ou bien en liaison avec un micro-ordinateur.
A-III-1-7- Logiciel de spectromtrie
Les logiciels de traitement des spectres (Annexe 5) sont
gnralement dvelopps et commercialiss par les constructeurs de
dtecteurs. Ils permettent de grer l'acquisition du spectre, de le
visualiser sur un cran autorisant diverses fonctions de prsentation
et d'analyse.
L'analyse d'un spectre peut se diviser en quatre tapes
principales :
1. les oprations prcdant l'analyse du spectre : les calibrations
en nergie, en efficacit et en rsolution de la chane de mesure et
l'acquisition d'un spectre de bruit de fond,
2. la recherche des pics, 3. l'analyse des pics, 4.
l'identification des nuclides et calcul d'activit.
-
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Partie B : ETUDE EXPERIMENTALE
Notre prsent travail est une contribution la mesure de la
radioactivit naturelle dans les produits dtergents. La technique
danalyse utilise est la spectromtrie gamma qui permet didentifier
et quantifier les radiolments metteurs gamma pouvant se trouver
dans ces produits.
Dans cette partie, nous allons prsenter en premier lieu
lchantillonnage des produits (la description et la prparation des
chantillons choisis pour notre analyse) puis nous aborderons le
rglage et la calibration de la chane danalyse ainsi que les
rsultats dtalonnage en nergie et en efficacit et lacquisition du
bruit de fond. Ensuite, nous prsenterons les mthodes
didentification et de calcul des activits des radionuclides
prsents.
B-I- Echantillonnage
Nous nous sommes intresss aux produits dtergents de production
tunisienne. Dans le choix des chantillons (Figure 14), nous avons
tenu compte quils soient :
Des produits qui ont laptitude contenir des radiolments : par
exemple ceux base de produits extraits de la nature tel que le
phosphate connu par sa contamination par des radiolments. Des
produits de diffrents types (savon, eau de javel, shampooing, lave
vaisselle et lave linge). Des produits de diffrentes formes
(liquide, pte, solide). Des produits utiliss couramment par le
consommateur tunisien.
Afin de vrifier lorigine de la radioactivit dans nos produits
dtergents, nous avons procd lanalyse de quelques matires premires
intgrant leur formulation :
Le phosphate brut tunisien ainsi que son driv le STPP utilis
dans les laves linges avec un pourcentage allant de 15 30%. La
soude caustique qui est la matire de base dans la formulation des
savons et de leau de javel. Le lauryl ther sulfate de sodium, le
tensioactif le plus utilis dans les shampooings.
Figure 14 : Echantillons choisis pour lanalyse
-
Mesure de la Radioactivit dans les Produits Dtergents par
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B-I-1- Description des chantillons
A la lumire de nos critres de choix, les produits analyss sont
prsents dans les Tableaux 3, 4, 5, 6 et 7.
Les laves vaisselles
Tableau 3 : Description des produits lave vaisselles
N Forme Composition Marque Socit
1 Liquide 5-15 % tensioactifs anioniques, 5% tensioactifs non
ioniques, Conservateur, Parfum
Ideal IDEAL
2 Liquide 5-15 % tensioactifs anioniques, 5% tensioactifs non
ioniques, Conservateur, Parfum
Lav + STID
3 Liquide Eau, Lauryl Ether Sulfate de Sodium, Coco Amido
Propyl, Btaine Diethanolamide de coco, parfum, Glycrine,
Formaldhyde, colorants
Maxinet SORIC
4 Liquide concentre
Tensioactifs, Glycrine, Conservateur, Eau, Autres additifs
Amwej Sphyto7
Les laves linges
Tableau 4 : Description des produits lave linges
N Forme Composition Marque Socit 5 Poudre 10-15% Tensioactifs ,
30% phosphate Yesmine TID 6 Poudre 10-20% Tensioactifs , Autres
ingrdients Dex SODET 7 Poudre 5% savon de Marseille, 5-15%
tensioactifs
anioniques et non ioniques, 15-30% agents de blanchissement
oxygns et phosphates, Enzymes
Det SODET
8 Poudre 6-13% tensioactifs, 5% savon, 15-30% phosphates, Agent
de blanchissement, Agents favorisant le lavage basse tempratures,
Azurants optiques, parfum
Shems TID
-
Mesure de la Radioactivit dans les Produits Dtergents par
Spectromtrie Gamma
PFE Ingnieur / Abir KSOURI 39
Les shampooings
Tableau 5 : Description des shampooings
N Composition Marque Socit 9 Eau, lauryl ther sulfate de sodium,
styrne /acrylate
copolymre, chlorure de sodium, coco amido propyl btaine, coco
amide DEA, parfum
Rojanet NIHEL
10 Eau, , lauryl ether sulfate de sodium , styrne /acrylate
copolymre, chlorure de sodium, coco amido propyl betaine, coco
amide DEA, Acide citrique, EDTA, hydroxide de sodium, Parfum,
Propylne glycol, Colorant,
Bellezza ICT
11 Eau, Coco amide DEA, coco amido propyl betaine, glycrine,
EGMS, parfum, Formaldhhyde, Huile de vision, colorants
Visonet SORIC
12 Eau, lauryl ther sulfate sodium, Agents vitamins, EGMS,
Lcithine dufs, Colorants, parfum, formaldhhyde
Pin SIPCO
Les savons
Tableau 6 : Description des savons
N Forme Utilisation Composition Marque Socit 13 Solide Savon
de
toilette Huile dolive, huile damande, huile de palme, huile de
coco
Zouila Zouila
14 Solide Savon de mnage
Eau, palmate de sodium, olate de sodium, chlorure de sodium,
dioxyde de titane, parfum, colorants
Royal Slama frres
15 Solide Savon de mnage
- El manar Zouila
16 Pte Savon multi-usage
- Lav+ STID
Les eaux de javel
Tableau 7 : Description des eaux de javel
N Composition Marque Socit 17 12CHL Lours blanc STPC 18 12CHL El
fanak SMPE 19 12CHL Judy St ENNADHAFA 20 12CHL Java SORIC
-
Mesure de la Radioactivit dans les Produits Dtergents par
Spectromtrie Gamma
PFE Ingnieur / Abir KSOURI 40
B-I-2- Prparation des chantillons
Une fois choisis, les chantillons subissent une prparation
minutieuse (laboratoire de radiochimie) pour tre ensuite mesurs par
spectromtrie gamma (laboratoire de radioanalyse). Il sagit de
conditionner lchantillon dans une enceinte close de telle sorte
quil soit le plus homogne possible et semblable lchantillon de
rfrence servant la cali