Chapitre I
Synthèse bibliographique
29
V.3. Isothermes d'adsorption
Tous les systèmes adsorbant/adsorbat ne se comportent pas de la même manière. Les phénomènes
d‟adsorption sont souvent abordés par leur comportement isotherme. Les isothermes d'adsorption
sont des courbes expérimentales qui décrivent les relations et les variations existantes à l‟équilibre
d‟adsorption entre la quantité de molécules adsorbées par unité de masse d‟adsorbant et la
concentration en soluté dans un solvant donné et à une température constante. Elles sont exprimées
généralement sous formes d'équations mathématiques, non cinétiques, lesquelles sont obtenues à
partir d'expériences réalisées en réacteur statique [15]. L‟allure de ces courbes permettent d‟émettre
des hypothèses sur les mécanismes mis en jeu : adsorption en monocouche ou multicouche,
interactions solide-solide, solide-liquide, liquide-liquide…etc.
V.3.1. Classification des isothermes d'adsorption
La littérature recense deux types de classification des isothermes d‟adsorption :
Classification de Brunauer et al ; 1940 : Développée principalement pour les gaz et qui s‟est
avérée efficace pour les systèmes d‟adsorption liquide-solide (Voir Annexe III);
Classification de Giles et al ; 1974 pour les solutions à faibles concentrations :
A). Les isothermes de la classe « S »
Les isothermes de cette classe présentent, à faible concentration, une concavité tournée vers le haut.
Les molécules adsorbées favorisent l'adsorption ultérieure d'autres molécules (adsorption
coopérative). Ceci est dû aux molécules qui s'attirent par des forces de Van Der Waals, et se
regroupent en îlots dans lesquels elles se tassent les unes contre les autres.
Ce comportement est favorisé, d'une part, quand les molécules de soluté sont adsorbées
verticalement comme le cas des molécules possédant un seul groupe fonctionnel et d'autre part,
quand les molécules se trouvent en compétition d'adsorption forte avec le solvant [20].
B). Les isothermes de la classe « L »
Les isothermes de cette classe présentent, à faible concentration en solution, une concavité tournée
vers le bas qui traduit une diminution des sites libres au fur et à mesure de la progression de
l'adsorption. Ses courbe suggérant une saturation progressive de l‟adsorbant [28]. Ce phénomène se
produit lorsque les forces d'attraction entre les molécules adsorbées sont faibles. Elle est souvent
observée quand les molécules sont adsorbées horizontalement, ce qui minimise leur attraction
latérale. Elle peut également apparaître quand les molécules sont adsorbées verticalement et lorsque
la compétition d'adsorption entre le solvant et le soluté est faible. Dans ce cas, l'adsorption des
molécules isolées est assez forte pour rendre négligeable les interactions latérales [20].
C). Les isothermes de la classe « H »
La partie initiale de l'isotherme est presque verticale, la quantité adsorbée apparaît importante à
concentration quasiment nulle du soluté dans la solution. Ce phénomène se produit lorsque les
interactions entre les molécules adsorbées et la surface du solide sont très fortes. L'isotherme de
cette classe est aussi observée lors de l'adsorption de micelles ou de polymères formées à partir des
molécules de soluté [20].
D). Les isothermes de la classe « C »
Les isothermes de cette classe se caractérisent par une partition constante entre la solution et le
substrat jusqu'à un palier. La linéarité montre que le nombre de sites libres reste constant au cours
Synthèse bibliographique
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V.3. Isothermes d'adsorption
Tous les systèmes adsorbant/adsorbat ne se comportent pas de la même manière. Les phénomènes
d‟adsorption sont souvent abordés par leur comportement isotherme. Les isothermes d'adsorption
sont des courbes expérimentales qui décrivent les relations et les variations existantes à l‟équilibre
d‟adsorption entre la quantité de molécules adsorbées par unité de masse d‟adsorbant et la
concentration en soluté dans un solvant donné et à une température constante. Elles sont exprimées
généralement sous formes d'équations mathématiques, non cinétiques, lesquelles sont obtenues à
partir d'expériences réalisées en réacteur statique [15]. L‟allure de ces courbes permettent d‟émettre
des hypothèses sur les mécanismes mis en jeu : adsorption en monocouche ou multicouche,
interactions solide-solide, solide-liquide, liquide-liquide…etc.
V.3.1. Classification des isothermes d'adsorption
La littérature recense deux types de classification des isothermes d‟adsorption :
Classification de Brunauer et al ; 1940 : Développée principalement pour les gaz et qui s‟est
avérée efficace pour les systèmes d‟adsorption liquide-solide (Voir Annexe III);
Classification de Giles et al ; 1974 pour les solutions à faibles concentrations :
A). Les isothermes de la classe « S »
Les isothermes de cette classe présentent, à faible concentration, une concavité tournée vers le haut.
Les molécules adsorbées favorisent l'adsorption ultérieure d'autres molécules (adsorption
coopérative). Ceci est dû aux molécules qui s'attirent par des forces de Van Der Waals, et se
regroupent en îlots dans lesquels elles se tassent les unes contre les autres.
Ce comportement est favorisé, d'une part, quand les molécules de soluté sont adsorbées
verticalement comme le cas des molécules possédant un seul groupe fonctionnel et d'autre part,
quand les molécules se trouvent en compétition d'adsorption forte avec le solvant [20].
B). Les isothermes de la classe « L »
Les isothermes de cette classe présentent, à faible concentration en solution, une concavité tournée
vers le bas qui traduit une diminution des sites libres au fur et à mesure de la progression de
l'adsorption. Ses courbe suggérant une saturation progressive de l‟adsorbant [28]. Ce phénomène se
produit lorsque les forces d'attraction entre les molécules adsorbées sont faibles. Elle est souvent
observée quand les molécules sont adsorbées horizontalement, ce qui minimise leur attraction
latérale. Elle peut également apparaître quand les molécules sont adsorbées verticalement et lorsque
la compétition d'adsorption entre le solvant et le soluté est faible. Dans ce cas, l'adsorption des
molécules isolées est assez forte pour rendre négligeable les interactions latérales [20].
C). Les isothermes de la classe « H »
La partie initiale de l'isotherme est presque verticale, la quantité adsorbée apparaît importante à
concentration quasiment nulle du soluté dans la solution. Ce phénomène se produit lorsque les
interactions entre les molécules adsorbées et la surface du solide sont très fortes. L'isotherme de
cette classe est aussi observée lors de l'adsorption de micelles ou de polymères formées à partir des
molécules de soluté [20].
D). Les isothermes de la classe « C »
Les isothermes de cette classe se caractérisent par une partition constante entre la solution et le
substrat jusqu'à un palier. La linéarité montre que le nombre de sites libres reste constant au cours