Plasma non thermique et traitement de l'air

La qualité de l'air que nous respirons a toujours été une préoccupation importante aussi bien d'un point de vue sanitaire que pour le confort de vie. D'un point de vue historique, les « beaux quartiers » se sont toujours développés au vent des villes (à Paris, par exemple à l'ouest) afin de bénéficier de « l'air pur » de la campagne. De même, il était recommandé pour les convalescents, voire pour les malades (tuberculose, par exemple), des séjours en montagne (sanatorium) ou au bord de la mer. Ces associations entre santé et qualité présumée de l'air n'étaient pas réellement basées sur des données scientifiques précises, mais plutôt sur un empirisme associant souvent à l'odeur et à la poussière un rôle pathogène.

Le développement des sciences analytiques a permis de quantifier la notion d'air pollué et d'identifier la présence de composés toxiques dans l'air, en relation avec des études épidémiologiques montrant les effets pathogènes de ces composés, ce qui a conduit à l'édiction de normes régissant les émissions de ces composés toxiques et, par voie de conséquence, à développer des méthodes de traitement de l'air afin de les éliminer.

Actuellement, il convient de distinguer les effluents destinés à être rejetés à l'extérieur (effluents industriels) et le traitement de l'air intérieur (air provenant directement de l'extérieur et éventuellement pollué ou air recyclé) en raison, d'une part, des concentrations à traiter (plus élevées dans le cas d'effluents industriels) et, d'autre part, des normes qui sont plus contraignantes pour l'air intérieur.

En ce qui concerne les effluents industriels, la nature des polluants (composés organiques volatils – COV – éventuellement chlorés et/ou soufrés, oxydes d'azote) va, bien sûr, dépendre de l'activité industrielle concernée. En général, le nombre de polluants différents à traiter est peu important, ils sont bien identifiés ou facilement identifiables, mais le traitement correspond à un débit gazeux total important (de quelques milliers à plusieurs centaines de milliers de m³/h). Ces polluants sont souvent associés à des aérosols solides (poussières, suies) ou liquides qu'il conviendra de traiter d'une manière spécifique.

Les procédés les plus couramment utilisés sont basés sur l'oxydation thermique à haute température (catalytique ou purement thermique) dans des unités fonctionnant en continu. Compte tenu des débits importants à traiter et de la température nécessaire à l'oxydation totale des COV, la dépense énergétique est importante mais peut être largement réduite par récupération de chaleur et si la concentration de COV à éliminer à traiter est suffisante pour assurer l'autonomie énergétique par utilisation de la chaleur provenant de l'exothermicité de la réaction d'oxydation totale des COV.

La concentration requise pour atteindre l'autothermie du procédé peut être réalisée par concentration des effluents ou, de manière plus astucieuse, par une captation judicieuse des émissions de polluants, avant qu'elles soient diluées dans l'air ambiant des ateliers.

Le traitement des oxydes d'azote (NOx) concerne essentiellement les fumées de combustion et nécessite l'ajout d'un réducteur (urée, ammoniac ou hydrocarbure) afin de réduire les NOx en N₂, mais ce réducteur doit être totalement éliminé avant rejet de l'effluent dans l'atmosphère.

Il faut citer aussi les traitements biologiques, souvent très efficaces mais difficiles à contrôler et l'échange gaz-liquide (le plus souvent de l'eau), mais qui nécessite de traiter ultérieurement l'effluent liquide.

Le traitement de l'air intérieur (maisons, bureaux, trains, avions, bus…) peut sembler plus complexe en raison de la grande diversité de polluants potentiels et du très faible niveau de polluants résiduels requis . Toutefois, les flux à traiter restent modestes (quelques centaines à quelques milliers de m³/h), ce qui ne nécessite que des installations de petite taille pouvant éventuellement être embarquées.

La difficulté de ce type de traitement est d'utiliser un procédé efficace, peu sélectif, d'encombrement réduit et peu coûteux (en investissement, en énergie et en maintenance).

Les seuls procédés actuellement développés sont basés sur l'adsorption (charbon actif) ou la photocatalyse (UV + TiO₂) : procédés « froids », ne nécessitant pas de chauffage de l'air à traiter. Le procédé par plasma non thermique, associé ou non à un catalyseur pourrait constituer une alternative à ces deux procédés mais bien que très prometteur (peu coûteux en énergie, compact et « on-off ») il est encore largement au stade de la recherche ou du prédéveloppement industriel, peu de systèmes basés sur le plasma étant actuellement proposés sur le marché.

L'amélioration des traitements curatifs des effluents industriels relève plutôt de l'amélioration des procédés (limitation de l'utilisation de solvants, confinement des émissions, captation améliorée des émissions) avec un double but : efficacité et diminution de la consommation énergétique.

En revanche, peu de solutions satisfaisantes semblent exister pour les installations de petite dimension et pour l'air intérieur, qu'il soit domestique (maisons) ou public (transports, bureaux, lieux publiques). Néanmoins, un marché potentiel important devrait exister pour de petites installations, peu énergivores, transportables voire embarquées, sachant que les méfaits, à long terme, des polluants en faible concentration sont de plus en plus pris en compte.

Cet article présente une mise au point, aussi bien au niveau connaissances technologiques que potentialités des procédés de traitement de l'air utilisant l'action d'un plasma non thermique.