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RÉSUMÉ
La photocatalyse est une technologie d'oxydation avancée, qui repose sur l'activation d'un semi-conducteur par la lumière. Les matériaux susceptibles de provoquer ces réactions sont souvent à base de dioxyde de titane. Après avoir exposé le principe de la photocatalyse, une présentation détaillée des applications environnementales est conduite. Celles pour le traitement de l’eau couvrent les polluants inorganiques et organiques. La désinfection par photocatalyse est un domaine très exploré, même si la compréhension des mécanismes d'action contre les micro-organismes doit être approfondie. Les applications pour le traitement de l'air concernent l'élimination des oxydes d'azote et le traitement des composés organiques volatils pour l'air intérieur. Enfin, les propriétés autonettoyantes de surface recouvertes de dioxyde de titane sont rappelées.
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Chantal GUILLARD : Directrice de recherches CNRS - IRCELYON, UMR CNRS 5256, université de Lyon, France
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Benoit KARTHEUSER : Chef de projet - CERTECH asbl, SENEFFE, Belgique
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Sylvie LACOMBE : Directrice de recherches CNRS - IPREM, UMR CNRS 5254, université de Pau et Pays de l'Adour, France
INTRODUCTION
La photocatalyse est une technologie d'oxydation avancée émergente qui trouve de nombreux domaines d'application, en particulier au Japon. La plupart d'entre eux utilisent des matériaux à base de dioxyde de titane (TiO2). Dans le présent article nous ne présentons que les applications environnementales de ces matériaux pour la purification de l'air ou de l'eau ou pour les applications autonettoyantes. Les applications dans le domaine de l'énergie par des systèmes capables de stocker l'énergie solaire, telles que les cellules solaires (cellules photovoltaiques sensibilisées par des colorants pour la production d'électricité ou DSSC [D 3935] [ BE 8579] [ BE 8578]) et la production d'hydrogène par scission photocatalytique de l'eau (fuel cells [BE 8565]), ne seront pas abordées, de même que les propriétés photo- ou électrochromes ou de capteurs [P 4031 ] [R 2385].
Le principe de la photocatalyse repose sur l'activation d'un semi-conducteur par la lumière, et les données énergétiques et thermodynamiques qui régissent les réactions d'oxydo-réduction photo-induites sont précisées. Les propriétés de différents semi-conducteurs susceptibles d'induire des réactions photocatalytiques sont évoquées, avant de décrire de façon plus approfondie celles du dioxyde de titane. Les applications pour le traitement de l'eau, bien que moins développées que pour le traitement de l'air, couvrent les polluants inorganiques et organiques. La désinfection (de l'eau ou de l'air) par photocatalyse (élimination de micro-organismes tels que bactéries, virus, champignons) est un domaine très exploré dans de nombreux laboratoires de recherche, même si la compréhension des mécanismes d'action contre les micro-organismes doit encore être approfondie. Les principales applications pour le traitement de l'air concernent l'élimination des oxydes d'azote NOx en extérieur par des matériaux photocatalytiques de type béton, ciments, céramiques et peintures, et le traitement des COV pour l'air intérieur avec des dispositifs actifs (ventilateurs photocatalytiques, traitement de l'air conditionné) ou passifs (revêtements, peintures, carrelages… photocatalytiques). Enfin, l'origine des propriétés autonettoyantes de surface recouvertes de dioxyde de titane est rappelée, et les différents domaines d'application de ces matériaux résumés.
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4. Applications pour le traitement de l'air
La pollution de l'air peut être divisée en deux catégories principales : la pollution atmosphérique et la pollution de l'air intérieur.
4.1 Pollution atmosphérique
La pollution atmosphérique, liée à l'ozone, aux gaz d'échappement des véhicules motorisés ou à l'activité industrielle pour ne citer que ceux-là, est à l'origine de problèmes de santé publique, de nuisances olfactives, de la détérioration de l'environnement et des bâtiments. Les principaux polluants sont les oxydes d'azote (NOx), le dioxyde de soufre (SO2), le monoxyde de carbone (CO), l'ozone, le benzène, les hydrocarbures polycycliques aromatiques (HPA), d'autres composés organiques volatils (COV), les poussières…
Dans ce contexte, de nombreux développements ont été effectués pour mettre au point des revêtements photocatalytiques pour la réduction des NOx, tels que des ciments développés par la société Italcementi. La 9 présente une comparaison de l'activité dépolluante entre un ciment photocatalytique et un témoin testé en laboratoire.
Des essais de pavements photocatalytiques ont été menés, ou sont toujours en cours, dans de nombreuses régions en Europe et dans le monde, mettant en évidence la réduction d'oxyde d'azote dans les zones traitées par rapport à des zones témoins. EUROVIA a fait des essais sur des surfaces actives représentant plus de 35 000 m2 avec des résultats en conditions réelles plus que probants sur l'abattement des NOx générés par la circulation automobile.
Différentes normes ont été développées pour mettre en évidence, selon des tests standardisés, les performances des différents matériaux photocatalytiques pour l'abattement de NOx (voir normes XP B44-011, ISO/DIS 22197-2 et UNI 11247 en [Doc. J1270]).
À côté des nuisances liées au trafic routier, l'activité humaine conduit à la production de nuisances olfactives générées, par exemple, par les stations d'épuration, des centres d'enfouissement techniques… Des bâches mixtes charbon actif-photocatalyse ont été développées pour réduire l'impact de ces sources odorantes (10). Ces bâches sont constituées d'un support généralement non tissé, d'un...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - FUJISHIMA (A.), ZHANG (X.), TRYK (D.) - TiO2 photocatalysis and related phenomen. - Surf. Sc. Rep., 63, 515-582 (2008).
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(2) - ISMAIL (A.), KANDIEL (T.), BAHNEMANN (D.) - Novel (and better?) titania-based photocatalysts : Brookite nanorods and mesoporous structures. - J. Photochem. Photobiol. A : Chem., 216, 183-193 (2010).
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(3) - MOLINARI (R.), PIRILLO (F.), FALCO (M.), LODDO (V.), PALMISANO (L.) - Photocatalytic degradation of dyes by using a membrane reactor. - Chem. Eng. Process, 43, 1103-1114 (2004).
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(4) - BLAKE (D.) - Bibliography of work on the heterogeneous photocatalytic removal of hazardous compounds from water and air - . Update number 4 to October 2001, NREL/TP-510-31319 (2001).
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(5) - KLAVARIOTI (M.), MANTZAVINOS (D.), KASSINOS (D.) - Removal of residual pharmaceuticals from aqueous systems by advanced oxidation processes. - Environ. Int., 35, 402-417 (2009).
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(6)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
KINGSLEY (M.), DAVIDSON (J.) - * - Gaseous indoor pollutants, http://www.me.umn.edu/courses/me5115/notes/ClassChemicals.pdf
MOSQUERON (L.), NEDELLEC (V.) - * - Inventaire des données françaises sur la qualité de l'air à l'intérieur des bâtiments, Observatoire de la qualité de l'air intérieur, décembre 2001, http://www.air-interieur.org
HAUT DE PAGE
Journées européennes de la photocatalyse, JEP2009, Bordeaux,
http://www.photocatalysis-federation.eu/consult-the-archives.html
Journées européennes de la photocatalyse, JEP2011, Bordeaux,
http://www.photocatalysis-federation.eu/jep2011/
HAUT DE PAGE
AFNOR Méthode d'essai pour l'évaluation des matériaux photocatalytiques vis à vis de la dégradation des NOx...
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