Article du mois

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Bleu de méthylène :
adsorbe-moi si tu peux !
par Olivier FRAISSE
Lycée Joliot-Curie - 13400 Aubagne

et Isabelle BEURROIES
Laboratoire Matériaux, interfaces, réactivité, électrochimie (MADIREL)
Aix-Marseille Université - 13013 Marseille


C

omme dans de nombreux lycées, une société de recyclage de déchets vient chaque

année récupérer les différents bidons de nos résidus expérimentaux. Notre établissement
ayant le label « Établissement en démarche de développement durable », nous voulions, au
niveau du laboratoire de chimie, contribuer de façon plus autonome aux traitements de ces résidus.
Notre volonté était de réduire le volume de stockage des déchets et de diminuer le coût pour le
lycée. Disposant dans notre local de stockage, d’un bidon de solution de bleu de méthylène, nous
avons choisi de le traiter par adsorption sur charbon actif (charbon de haute pureté de surface
spécifique très importante comportant de très nombreux pores microscopiques). La problématique
consiste à déterminer la masse de charbon actif à introduire dans le bidon afin d’adsorber la totalité
des molécules de bleu de méthylène.
1. ADSORPTION DE MOLÉCULES ORGANIQUES EN PHASE LIQUIDE

L’adsorption en phase liquide est un phénomène de surface par lequel des atomes,
des ions ou des molécules (adsorbats) se concentrent sur une surface solide (adsorbant) depuis la phase liquide [1]. Le liquide est généralement constitué d’un soluté et
de solvant et l’on suppose que c’est préférentiellement le soluté qui s’adsorbe sur la
surface du solide, puisqu’il est choisi pour son affinité pour l’adsorbat. Lorsqu’un matériau est en présence d’une solution, deux phénomènes peuvent apparaître : l’adsorption
ou l’absorption.
1.1. La différence entre absorption et adsorption
La différence fondamentale entre l’absorption et l’adsorption réside dans l’endroit
où se fixe l’espèce chimique : uniquement à la surface du matériau pour l’adsorption,
et dans tout son volume pour l’absorption. Les différences entre ces deux processus
physico-chimiques sont schématisées dans la figure 1 (cf. page ci-après).
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Figure 1 - Comparaison des processus physico-chimiques d’adsorption et d’absorption.

1.2. Les différents matériaux adsorbants
L’adsorption étant un phénomène de surface, il est nécessaire d’utiliser des adsorbants présentant une surface de contact avec les molécules à adsorber la plus grande
possible.
1.2.1. Les matériaux divisés (poudres)
Pour augmenter la surface de contact entre le fluide et le solide, on peut diviser
la matière. Plus les morceaux ou les grains sont petits, plus la surface est grande. On
parle de poudre lorsque la taille des particules est inférieure à 1 mm. Lorsque cette
dimension n’est plus que de 1 um, on parle de poudre fine [2].
1.2.2. Les matériaux poreux
Un autre moyen pour augmenter la surface de contact entre le fluide et le solide
est de creuser la matière. Les trous présents dans le solide sont appelés des pores. Ces
pores peuvent se classer suivant leur type ou leur taille. Des grandeurs caractéristiques,
telles que la surface spécifique et le volume poreux, viennent compléter la caractérisation des matériaux poreux.
Un pore est défini comme une cavité fermée ou ouverte plus profonde que large
qui existe dans un grain de matière, à distinguer de la rugosité plus large que profonde
[2].
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1.2.2.1. Différents types de pores
Dans un grain poreux, il est possible
de distinguer (cf. figure 2) :
? les irrégularités se trouvant à la surface
du grain (a) caractéristiques de sa rugosité ;
? les pores ouverts qui débouchent à la
surface du grain (b, c, d, e), ou fermés
(f) ;
? les pores borgnes, c’est-à-dire ouverts à
une seule extrémité (b, e) ;
? les pores en intercommunication (c, d).

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Figure 2 - Schéma d’un grain poreux [3].

1.2.2.2. Différentes tailles des pores
On distingue trois types de pores [2] :
? les macropores dont la largeur est supérieure à 50 nm ;
? les mésopores, dont la largeur est comprise entre 2 et 50 nm ;
? les micropores dont la largeur est inférieure à 2 nm.
Les plus grands pores peuvent être observés à différentes échelles et même être
visibles à l’œil nu. Toutefois, le plus souvent, il est nécessaire d’utiliser la microscopie
pour les observer, et en particulier la Microscopie électronique à balayage (MEB). La
figure 3 représente une image de macropores obtenue à l’aide d’un ZEISS Gemini 500
couplé à un détecteur de type HE-SE2 Everhart-Thornley et avec une tension d’accélération de 1 kV sur un charbon actif type Norit.

Figure 3 - Image MEB de Macropores (granules de charbons Norit) fournie
par le laboratoire MADIREL.

Plus les pores sont petits et nombreux, plus la surface développée est importante.
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1.2.2.3. Surface spécifique
On définit la surface spécifique, comme étant la surface totale (externe +
interne) d’un gramme de solide, elle est exprimée en m 2 $ g – 1 :
Stotale = Sexterne + Sinterne .
La surface externe comprend toutes les irrégularités et la surface interne comprend
tous les pores accessibles.
1.2.2.4. Volume poreux
Le volume poreux Vp , est le volume nécessaire pour saturer un gramme de solide,
il s’exprime en cm 3 $ g – 1 . La porosité représente la proportion de vide dans le matériau,
Vp
c’est le rapport du volume poreux Vp sur le volume total VT : V .
T
1.2.3. La nature chimique des adsorbants
On distingue principalement trois types d’adsorbants selon leur nature chimique :
? à base de carbone, tel que les charbons actifs et le graphite ;
? à base d’oxygène sous forme d’oxydes : les silices et les zéolithes ;
? à base de matière organique : les MOF (Metal Organic Frameworks) et les polymères.
1.3. Techniques d’adsorption
L’adsorption à partir d’une solution est habituellement effectuée, soit sous forme
de colonne chromatographique, soit en batch. Dans le premier cas, on laisse la solution
percoler à travers une colonne verticale contenant l’adsorbant. En mode batch, une
masse d’adsorbant est mélangée en une seule fois avec un volume de solution et le système est maintenu sous agitation suffisamment longtemps. La séparation de la solution
résultante est réalisée par filtrage, centrifugation ou décantation.
1.4. Comment quantifier l’adsorption ?
La quantité adsorbée est calculée à partir de la différence entre la quantité initiale
d’adsorbat mis en présence de l’adsorbant et celle à l’équilibre restant en solution. Plus
précisément, la quantité adsorbée Q en mg $ g – 1 , est calculée à l’aide de la relation :
(C – C ) # V
Q = i me
s
Ci : concentration initiale du soluté en mg $ L– 1 ;
Ce :concentration du soluté à l’équilibre en mg $ L– 1 ;
ms : masse du solide (adsorbant) en g ;
V : volume de la solution en L.
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Cette quantité d’adsorbable fixée par l’adsorbant en fonction de la concentration
dans la solution est représentée par une courbe appelée « isotherme d’adsorption ».
Cette courbe représente la quantité adsorbée ramenée à 1 g de poudre en fonction de la
concentration d’adsorbat à l’équilibre. La capacité d’adsorption est maximale lorsque la
concentration adsorbée reste constante à l’équilibre. La forme des isothermes d’adsorption traduit l’affinité entre l’adsorbat et l’adsorbant et peut être caractéristique du type
de pores. Ainsi, il existe une classification établie par l’IUPAC (International Union of
Pure and Applied Chemistry, en français : Union internationale de chimie pure et appliquée) qui permet d’identifier le type de pores présents dans le matériau poreux. Les
échantillons microporeux tels que le charbon actif, sont caractérisés par une isotherme
de type I correspondant à la saturation rapide de la microporosité (cf. figure 4) [4].

Figure 4 - Isotherme d’adsorption représentant la quantité adsorbée en fonction
de la concentration d’équilibre.

2. LE BLEU DE MÉTHYLÈNE
Le bleu de méthylène (cf. figure 5) de formule brute C 16 H 18 N 3 ClS , est un colorant cationique organique utilisé au lycée aussi bien en chimie qu’en SVT (Sciences de
la vie et de la Terre). Étant très peu biodégradable, s’il se retrouve dans les eaux rejetées,
les effets nuisibles à la faune et la flore sont importants [5].

Figure 5 - Formule chimique du bleu de méthylène.
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? Masse molaire moléculaire : MBM = 316, 86 g $ mol – 1 .
? La molécule de bleu de méthylène peut être considérée comme un volume prismatique de dimensions : VBM = 1, 7 nm # 0, 76 nm # 0, 325 nm [6].
Afin de quantifier la quantité de bleu de méthylène à traiter, la spectroscopie UVVisible peut être utilisée.
? Spectre d’absorption (cf. figure 6) visible du bleu de méthylène à C = 20 mg $ L– 1 [7].

Figure 6 - Spectre d’absorption visible du bleu de méthylène, représentant l’absorbance
en fonction de la longueur d’onde incidente.

3. LE TRAITEMENT D’UN BIDON DE STOCKAGE
Ce traitement concerne uniquement la physisorption du bleu de méthylène. Pour
déterminer la masse de charbon actif nécessaire à l’élimination du bleu de méthylène
présent dans notre bidon, plusieurs étapes sont à réaliser.
3.1. Détermination de la concentration en masse de bleu de méthylène dans un bidon
de stockage, par dosage par étalonnage
Le bidon utilisé (cf. figure 7, page ci-contre) est un bidon de récupération de bleu
de méthylène des laboratoires de chimie et de SVT de notre établissement.
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Figure 7 - Bidon de stockage.

La longueur d’onde retenue pour effectuer les mesures d’absorbance, de cinq
solutions étalons de bleu de méthylène de concentrations en masse Cm , est de 670 nm
(longueur d’onde au maximum d’absorption). Les mesures d’absorbance (cf. tableau 1)
ont été réalisées avec un spectrophotomètre 4201/50 Zuzi.
C m mg $ L– 1

6

9

11

15

18

A

1,119

1,409

1,809

2,314

2,667

Tableau 1 - Absorbance à m = 670 nm pour différentes concentrations en masse
de bleu de méthylène.

Après modélisation de la courbe A670 = f (Cm) avec LATIS-Pro, nous obtenons la
relation :
A670 = 0, 155 Cm .
La mesure de l’absorbance de la solution (A670 = 2, 197) contenue dans le bidon nous
permet d’obtenir la concentration en masse en bleu de méthylène : Cm = 14, 2 mg $ L– 1 .
L’étape suivante consiste à déterminer la quantité maximale de bleu de méthylène que le
charbon actif peut adsorber. Pour cela, il est nécessaire d’obtenir l’isotherme d’adsorption à partir de solutions de différentes concentrations de bleu de méthylène.
3.2. Adsorption par lot (batch adsorption)
La technique en batch consiste à ajouter une masse connue d’adsorbant (charbon
actif) à une solution de concentration initiale (Ci ) connue en adsorbat (bleu de méthylène). L’agitation du mélange se fait pendant une durée déterminée pour atteindre
l’équilibre. Après filtration, afin de séparer l’adsorbant de la solution, on détermine par
spectrophotométrie la concentration finale (Ce ) de l’adsorbat. La quantité adsorbée est
ensuite calculée à partir de la différence entre Ci et Ce .
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3.2.1. Conditions expérimentales
Nous avons opté pour un adsorbant plutôt microporeux, facile à se procurer et à
moindre coût. Le choix s’est porté sur le charbon actif (CAS n° 7440-44-0) de chez
Jeulin. Pour réaliser les différentes étapes (cf. figure 8) du protocole de l’adsorption
par lot, nous avons utilisé 47 mg de charbon actif (ms ) et un volume de 50,0 mL de
solution (V). L’agitation a duré huit heures à 25 °C.
A

B

C

D

Figure 8 - Les différentes étapes de l’adsorption par lot : A pesée du charbon actif B agitation du mélange charbon actif / solution de bleu de méthylène pendant huit heures C filtration du mélange - D différents filtrats obtenus.

3.2.2. Résultats
Les différentes mesures d’absorbance et les valeurs calculées de Ce et de Q sont
regroupées dans le tableau 2 (cf. page ci-contre).
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C e mg $ L– 1

0,252

0,760

1,57

1,78

5,55

8,04

8,06

17,4

C i mg $ L– 1

198

223

251

260

293

323

332

343

A

0,039

0,118

0,243

0,276

0,860

1,246

1,250

2,690

Q mg $ g – 1

210

236

265

275

306

335

345

346

Tableau 2 - Résultats obtenus pour des concentrations initiales en bleu de méthylène
allant de 198 mg $ L– 1 à 343 mg $ L– 1 .

Nous pouvons alors tracer l’isotherme d’adsorption (cf. figure 9) représentant
l’évolution de la quantité adsorbée ramenée à 1 g de poudre en fonction de la concentration du soluté à l’équilibre.

Figure 9 - Isotherme d’adsorption du bleu de méthylène obtenue à 25 °C
pour 47 mg de charbon actif.

On constate au plateau que la capacité maximale d’adsorption est de 345 mg $ g – 1
de bleu de méthylène. Ainsi concernant notre bidon de VB = 3, 8 L , une masse de 0,16 g
de charbon actif serait suffisante pour adsorber la totalité du bleu de méthylène.
C #V # 1, 0 14, 2 # 3, 8 # 1, 0
mCA = m QB
=
= 0, 16 g.
345
Cependant, après avoir introduit cette masse dans le bidon de récupération, la solution
n’est pas devenue totalement incolore (cf. figure 10, page ci-après). Ainsi, on peut
s’interroger sur les raisons qui peuvent justifier ce résultat.
3.3. Pourquoi le bleu de méthylène n’a-t-il pas été entièrement adsorbé ?
Nous avons demandé au Laboratoire MADIREL de déterminer le volume poreux
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Figure 10 - Solution obtenue après traitement.

de notre charbon actif (CAS n° 7440-44-0) :
Vp = 0, 433 cm 3 $ g – 1 .
La mesure a été faite par adsorption de diazote à 77 K sur l’appareil TriStar de
Micromeritics après un traitement thermique sous vide à 200 °C pendant douze
heures. Ce volume nous permet de déterminer celui disponible pour 0,16 g de charbon. Soit un volume :
Vpl = 6, 9 $ 10 – 2 cm 3 .
Le volume total des molécules de BM est :
Cm #VB
VTBM = M
# NA #VBM
BM
VTBM = c

14, 2 $ 10 – 3 # 3, 8
m # 6, 02 $ 10 23 # 1, 7 $ 10 – 9 # 0, 76 $ 10 – 9 # 0, 325 $ 10 – 9 = 4, 3 $ 10 – 8 m 3
319, 86

VTBM = 4, 3 $ 10 – 2 cm 3 .
Comme VTBM 1Vpl , toutes les molécules de BM auraient dû être adsorbées.
Dans nos conditions expérimentales, l’adsorption dépend de deux facteurs principaux :
? Température : l’adsorption est un processus exothermique, son déroulement est favorisé thermodynamiquement par un abaissement de température (une température
élevée réduit son efficacité).
? Composés concurrents : il est possible que le bidon de stockage fût mal rincé avant de
contenir les différentes solutions de bleu de méthylène, ou que ces dernières aient
été souillées lors des manipulations en classe. Ainsi, des composés autres que le bleu
de méthylène présents dans le bidon ont pu être adsorbés. De plus, notre expérience
a été réalisée avec du charbon actif non passé à l’étuve et conservé dans notre laboratoire dans des conditions peu optimales. Certains pores peuvent donc être occupés
par des molécules d’eau, entre autres.
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La mesure d’absorbance (A670 = 0, 129) de la solution obtenue après traitement
nous permet de déterminer la masse de BM non adsorbée :
A670
0, 129
mBM restant = 0, 155
# VB =
0, 155 # 3, 8 = 3, 1 mg.
Il faudra donc ajouter 10 mg supplémentaires de CA pour les adsorber :
mCA # mBM restant
160 # 3, 1
mCA sup = (C #
=
= 10 mg.
(14, 2 $ 10 – 3 # 3, 8 – 3, 1)
m VB – mBM restant)
Après cet ajout de 10 mg, nous constatons (cf. figure 11) que notre solution est devenue
incolore, le bleu de méthylène a donc été entièrement adsorbé.

Figure 11 - Solution après ajout des 10 mg, puis filtration.

CONCLUSION
L’objectif fixé a donc été atteint. Gagner en capacité de stockage dans notre local,
nous passons ainsi d’un volume de 3,8 L à une masse de 0,17 g à traiter et diminuer
de la sorte le coût de traitement pour le lycée. Cette démarche s’inscrit aussi dans le
cadre du label « Établissement en démarche de développement durable ». Enfin, cette
méthode peut faire l’objet d’un projet scientifique en classe de première, permettant
notamment de sensibiliser les élèves au stockage et aux traitements des résidus des
séances expérimentales. Il permet aussi de mobiliser les compétences retenues dans le
cadre d’une démarche scientifique, ainsi que les notions et contenus tels que : absorbance, spectre d’absorption, loi Beer-Lambert [8].
REMERCIEMENTS
Merci à Magali Amberto, technicienne de recherche et de formation, au Lycée
Joliot-Curie d’Aubagne, pour sa disponibilité et pour la précision des mesures.
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BIBLIOGRAPHIE ET NETOGRAPHIE
[1] STS Canada, « Adsorption en phase liquide ». Disponible à l’adresse :
https://www.stscanadainc.com/adsorption-en-phase-liquide.html
page consultée le 15 mai 2026.
[2] F. Rouquerol, J. Rouquerol, I. Beurroies, P. Llewellyn et R. Denoyel, « Texture
des matériaux divisés: taille de pores des matériaux nanoporeux par adsorption
d’azote », Techniques de l’ingénieur, 2020.
DOI : https://doi.org/10.51257/a-v1-p1051
[3] F. Rouquerol, J. Rouquerol, I. Beurroies, P. Llewellyn et R. Denoyel, « Texture
des matériaux divisés: aire spécifique des matériaux pulvérulents ou nanoporeux »,
Techniques de l’ingénieur, 2020.
DOI : https://doi.org/10.51257/a-v4-p1050
[4] M. Thommes, K. Kaneko, A.V. Neimark, J.P. Olivier, F. Rodriguez-Reinoso,
J. Rouquerol and K.S.W. Sing, “Physisorption of gases, with special reference to
the evaluation of surface area and pore size distribution (IUPAC Technical Report)”, Pure Appl. Chem., vol. 87, n° 9-10, p. 1051-1069, July 2015.
[5] A. Haouas, I. Bakir, M. Ksibi et E. Elaloui, « Étude de l’élimination de bleu de
méthylène dans l’eau par le charbon actif commercial CECA40 », J. Chim. Phys.,
vol. 96, n° 3, p. 479-486, March 1999.
[6] P.T. Hang and G.W. Brindley, “Methylene blue absorption by clay minerals : determination of surface areas and cation exchange capacities (clay-organic studies
XVIII)”, Clays Clay Miner., vol. 18, n° 4, p. 203-212, November 1970.
DOI : https://doi.org/10.1346/CCMN.1970.0180404
[7] K. Asmaa Bennani, M. Badia, H. Mohsine, B. Mina et Y. Abdelghani, « Élimination du colorant basique “Bleu de méthylène” en solution aqueuse par l’argile de
Safi », Revue des sciences de l’eau, vol. 23, n° 4, décembre 2010.
[8] MENSR, « Programme d’enseignement de spécialité de physique-chimie de la
classe de première de la voie générale », Bulletin Officiel de l’Éducation nationale,
spécial n° 1, 22  janvier 2019. Disponible à l’adresse :
https://www.education.gouv.fr/pid285/bulletin_officiel.html?pid_bo=38502
page consultée le 15 mai 2026.

Olivier FRAISSE
Professeur agrégé de sciences physiques
Lycée Joliot Curie
Aubagne (Bouches-du-Rhône)

Bleu de méthylène : adsorbe-moi si tu peux !

Isabelle BEURROIES
Professeure des universités
Laboratoire MADIREL
Aix-Marseille Université
Marseille (Bouches-du-Rhône)

Le Bup n° 1085