Des abat-jour revêtus d’un catalyseur capable de dépolluer l’air intérieur

Chaque jour, nous sommes exposés à de multiples sources de pollution, aussi bien en extérieur qu’en intérieur. Et en intérieur, ces polluants, libérés par les peintures, plastiques, meubles (et d’autres sources) sont nombreux : formaldéhyde, acétaldéhyde et autres COV, poussières, virus, bactéries, etc. Même si les concentrations en polluants sont faibles, le temps d’exposition est malheureusement important : nous passons plus de 90 % de notre temps en intérieur, que ce soit au bureau ou à domicile !

Dépollution de l’air intérieur : quelles solutions ?

Concernant les COV, si de nombreuses solutions d’élimination existent, elles ne sont pas toujours dénuées d’inconvénients. D’une part, les méthodes conventionnelles utilisant des filtres, notamment au charbon actif, impliquent un changement régulier de ces filtres.

Des solutions sans filtres sont alors apparues. Elles sont généralement basées sur la catalyse, ce qui n’est pas non plus sans inconvénient, car les catalyseurs utilisés en thermocatalyse nécessitent une activation à haute température et donc la présence d’une source de chaleur.

D’autre part, les solutions de photocatalyse font souvent appel à des sources de lumière UV susceptibles de décomposer les polluants en produits tout aussi dangereux[1].

C’est donc pour éviter ces inconvénients que les chercheurs se sont tournés vers une approche plus simple et moins technologique. La solution proposée exploite à la fois la lumière visible et la chaleur générée par une ampoule halogène ou à incandescence.

Dégradation du formaldéhyde et de l’acétaldéhyde

Les chercheurs proposent d’appliquer un revêtement thermocatalyseur sur la face interne d’un abat-jour en aluminium.

Le catalyseur, composé de dioxyde de titane (TiO₂) ainsi que d’une petite quantité de platine, est activé par la forte chaleur émise par une ampoule halogène de 100 W.

Le dispositif a été testé dans une chambre d’essai contenant un mélange d’air et d’acétaldéhyde gazeux. La température[2] dégagée par l’ampoule étant suffisante pour activer la catalyse, le processus de décomposition s’est donc amorcé :

1. oxydation de l’acétaldéhyde ;
2. formation d’acide acétique ;
3. transformation en acide formique ;
4. décomposition en CO2 et en eau.

À noter que le processus semble aussi fonctionner dans les mêmes conditions avec une ampoule à incandescence.

Les résultats ont été présentés en détail dans le journal Chemosphere, ainsi que lors de l’événement ACS Fall 2023 organisé par l’American Chemical Society (ACS).

Une solution bientôt compatible avec la technologie LED ?

Si la technique de dépollution proposée ici semble prometteuse, elle est malheureusement peu compatible avec la réglementation européenne, puisque les lampes à incandescence et halogènes sont dorénavant interdites à la vente[3] et remplacées par l’éclairage LED.

Le marché de la LED étant en forte croissance partout, l’équipe dirigée par Hyoung-il KIM travaille néanmoins sur des solutions fonctionnant à partir de LED.

Bien entendu, comme la chaleur générée est trop faible pour activer le thermocatalyseur, l’équipe envisage d’utiliser des thermocatalyseurs stimulés par le rayonnement spécifique de l’éclairage LED.

Nous avons demandé à Minhyung LEE, étudiant de Hyoung-il KIM et auteur de l’étude de nous en dire plus. Voici ce qu’il a répondu : « Dans la technologie actuelle, les catalyseurs généraux à lumière visible ne sont pas très efficaces pour éliminer les COV gazeux. En effet, seule la bande de longueur d’onde autour de 400 nm, qui présente une forte énergie lumineuse dans toute la gamme, peut être utilisée par les catalyseurs. 

Notre équipe tente donc de développer des matériaux composites photothermiques, combinant un catalyseur de conversion photothermique et un photocatalyseur du visible. Dans le spectre LED, seule l’énergie dans la courte plage de longueur d’onde de 400~500 nm peut activer le catalyseur de lumière visible avec une lumière forte.

Un catalyseur de conversion photothermique est capable de convertir une faible énergie lumineuse sur la plage de longueur d’onde de 500 à 700 nm en forte énergie thermique, ce qui permet d’atteindre une température élevée, autour de 100 °C pour certains matériaux. »

L’équipe de chercheurs ne compte donc pas s’arrêter en si bon chemin, le but ultime étant bien la mise au point d’un catalyseur hybride capable d’utiliser tout le spectre produit par les sources lumineuses, y compris le proche UV, la lumière visible, ainsi que la chaleur résiduelle.

[1] Si le sujet vous intéresse, ces thématiques ont déjà été abordées dans cet autre article

[2] 250°F, soit un peu plus de 120°C

[3] Seules certaines lampes à usage spécial ont encore droit à des dérogations, notamment celles qui n’ont pas d’équivalent LED