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En anglais
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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Photo-catalysis is an advanced oxidation technology based on the activation of a semiconductor by light. The materials likely to provoke these reactions are often titanium dioxide-based. After presenting the principle of photo-catalysis, the article proceeds to providing a detailed description of environmental applications. Those concerning water treatment cover inorganic and organic pollutants. Disinfection through photo-catalysis is a much explored domain even though the understanding of action mechanisms against micro-organisms must be deepened. The applications for air treatment concern the elimination of nitrogen oxides and the treatment of volatile organic compounds for indoor air. Finally, the article mentions the self-cleaning properties of surfaces coated with titanium dioxide.
Auteur(s)
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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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Présentation
Principe de la photocatalyse
En anglais
7. Conclusion
La photocatalyse présente un grand nombre d'avantages pour la dégradation et, dans le cas de systèmes bien dimensionnés, la minéralisation de polluants dans l'air ou dans l'eau. Elle est surtout adaptée aux faibles débits/faibles concentrations et peut être utilisée en complément d'autres technologies. Les surfaces photocatalytiques sont en plein développement, avec les vitrages autonettoyants et les matériaux (bétons, ciments, céramiques, carrelages, peintures, vernis…) aux propriétés dépolluantes (abattement des NOx, des COV), désinfectantes (destruction des micro-organismes), autonettoyantes et antibuée.
De nombreux challenges demeurent pour améliorer l'efficacité des matériaux photocatalytiques. L'un d'entre eux concerne l'optimisation de l'efficacité et de la stabilité sous rayonnement visible du dioxyde de titane dopé, qui permettrait une meilleure utilisation du spectre solaire ou l'utilisation de lampes sans UV (lampes d'éclairage intérieur), et donc une limitation du coût énergétique de la technologie. Des progrès significatifs dans l'élaboration de matériaux TiO2 nanostructurés et/ou supportés (sur papier, acier, plastique, tissus, etc.) ont été réalisés, la difficulté étant de maximiser à la fois les propriétés d'adsorption des polluants et les propriétés d'absorption des photons.
L'un des points clés pour le développement de la technologie est d'assurer la stabilité de ces matériaux : la libération éventuelle de nanoparticules dans le milieu ambiant doit être contrôlée ainsi que le vieillissement du matériau. Enfin, l'analyse et la quantification des intermédiaires réactionnels sont indispensables, comme pour toute technologie d'oxydation avancée.
Les normes qui se mettent en place sur la technologie permettront de lui assurer un large développement et un contrôle précis des performances des différents dispositifs et matériaux commerciaux.
Enfin, l'utilisation des semi-conducteurs dans le domaine de l'énergie, autre domaine d'application que celui exposé dans cet article, connaîtra sans conteste un développement significatif dans les années à venir.
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Conversion photovoltaïque : du rayonnement solaire à la cellule
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Combustible hydrogène – Production
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Capteurs de gaz à semi-conducteurs
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Surface des solides – Propriétés...
KINGSLEY (M.) - DAVIDSON (J.) - * - Gaseous indoor pollutants, http://www.me.umn.edu/courses/me5115/notes/ClassChemicals.pdf
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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...
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