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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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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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Applications pour le traitement de l'air
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3. Applications pour le traitement de l'eau
Actuellement, les procédés de traitement de l'eau utilisés au niveau industriel consistent en des étapes successives de filtration, suivies par une ultime étape de désinfection (le plus souvent une chloration). Cependant, cette étape ultime peut, en présence de matière organique résiduelle, générer des substances ayant une toxicité chronique, les sous-produits de désinfection notés « disinfection by-products » (DBP), comme les trihalométhanes (THM). Le traitement des effluents (urbains ou industriels) fait souvent intervenir des processus biologiques aérobies. Toutefois, lorsque les rejets présentent une faible part biodégradable (par exemple les lixiviats de décharges anciennes, les rejets d'industries chimiques…), les traitements biologiques sont peu efficaces ou insuffisants. Il convient alors de les coupler à d'autres procédés d'oxydation chimiques plus énergétiques.
De nombreux travaux de recherche sont menés sur les applications de la photocatalyse dans le cadre de l'épuration de l'eau et les travaux les plus récents visent à l'élimination de résidus pharmaceutiques et médicaux .
3.1 Polluants inorganiques
Lors de la dégradation de composés inorganiques, l'hétéroatome est oxydé à son degré d'oxydation maximal, forme sous laquelle il est en général non toxique (voir encadré 1). Une exception concerne le nitrate présent en grande quantité et dont la concentration limite autorisée est de 50 mg/L. Dans le cas des ions ammonium, les temps de traitement sont fortement dépendants du pH de...
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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...
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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/
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AFNOR Méthode d'essai pour l'évaluation des matériaux photocatalytiques vis à vis de la dégradation des...
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