La photocatalyse : dépollution de l'eau ou de l'air et matériaux autonettoyants

INTRODUCTION

1 - PRINCIPE DE LA PHOTOCATALYSE

• 1.1 - Définition
• 1.2 - Fonctionnement
  Figure 1 - Schéma de principe de la photocatalyse
• 1.3 - Les semi-conducteurs pour la photocatalyse et leurs domaines spectraux

  • Quiz d'entraînement
  Figure 2 - Positions des bandes de conduction et de valence de certains semi-conducteurs en contact avec un électrolyte aqueux à pH 1 (vs ENH) Figure 3 - Définition des domaines spectraux (a) et spectre de l'émission solaire (b)

2 - CARACTÉRISTIQUES DU PHOTOCATALYSEUR LE PLUS UTILISÉ : LE DIOXYDE DE TITANE

• 2.1 - Formes cristallines et photoactivité
  Figure 4 - Énergie des bandes de conduction et de valence de TiO2 en fonction du pH (d'après [2])
• 2.2 - Mise en forme des matériaux photocatalytiques à base de TiO2

3 - APPLICATIONS POUR LE TRAITEMENT DE L'EAU

• 3.1 - Polluants inorganiques
  Figure 5 - Positions des potentiels redox de différents couples métalliques par rapport au niveau d'énergie des bandes de valence et de conduction de TiO2 anatase à pH 0 [2]
• 3.2 - Polluants organiques
• 3.3 - Applications industrielles
  Figure 6 - (a) Réacteur Phytocat (photo prise au Lycée viticole Bel-Air lors de tests réalisés dans le cadre du programme thématique « Développement Durable » de la région Rhône-Alpes) ; (b) Réacteur Phytomax de la société Agro-Environnement Figure 7 - Réacteur Photo-Cat développé par la société Purifics installée à Edmonton (Canada)
• 3.4 - Désinfection par photocatalyse

  • Quiz d'entraînement
  Figure 8 - Répartition de la taille des micro-organismes et nanoparticules

4 - APPLICATIONS POUR LE TRAITEMENT DE L'AIR

• 4.1 - Pollution atmosphérique
  Figure 9 - Suivi de l'activité dépolluante sur les NOx d'un matériau photocatalytique et d'un témoin Figure 10 - Utilisation de la photocatalyse en traitement passif dans une industrie : bassin anaérobie d'une industrie agroalimentaire sans (en haut) et avec (en bas) couverture photocatalytique
• 4.2 - Pollution de l'air intérieur
• 4.3 - Avantages de la photocatalyse par rapport à d'autres techniques
• 4.4 - Quelques exemples de composés organiques volatils étudiés dans le cadre de l'épuration de l'air intérieur
  Figure 11 - Dégradation photocatalytique d'un mélange de cinq composés organiques volatils sur un prototype équipé d'une lampe UV-A Figure 12 - Cliché de microscopie électronique à balayage (MEB) d'un composé de titane riche en sulfate sur la surface d'un catalyseur ayant perdu son activité [26] Tableau 1 - Gamme de concentration de familles de polluants organiques présents [...]
• 4.5 - Applications industrielles/commerciales
• 4.6 - Désinfection de l'air par photocatalyse

5 - APPLICATIONS EN MATÉRIAUX AUTONETTOYANTS

• 5.1 - Principe des matériaux autonettoyants
  Figure 13 - Schéma du processus photocatalytique sur un verre autonettoyant
• 5.2 - Superhydrophilie
  Figure 14 - L'origine de la superhydrophilie sous irradiation de surfaces de TiO2 Figure 15 - Observation de dépôt de gouttelettes d'eau sur surface de verre non irradiée : angle de contact d'environ 70˚ (a) et sur surface de verre exposée aux UV : angle de contact qui tend vers 0˚ (b)
• 5.3 - Différents types de matériaux autonettoyants
  Figure 16 - Aciers prélaqués chez Arval, filiale d'Arcelor Mittal, avec traitement de surface Hairclyn à base de TiO2 (Société Photocal). Figure 17 - Exemples d'édifices autonettoyants conçus par CIMENT CALCIA
• 5.4 - Applications bactéricides et antivirales des matériaux autonettoyants

  • Quiz d'entraînement

6 - PERSPECTIVES D'AVENIR

• 6.1 - Modifications structurales ou morphologiques
• 6.2 - État de l'art sur la recherche de matériaux photocatalytiques plus performants

  • Quiz d'entraînement
  Figure 18 - Schéma du transfert de charge dans un système de semi-conducteurs couplés [41].

7 - CONCLUSION

TEST DE VALIDATION