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RÉSUMÉ
L'histoire des matériaux inorganiques et hybrides organique-inorganiques élaborés selon le procédé sol-gel est jalonnée de rebondissements avec des échecs et des réussites industrielles intermittentes ou durables. Malgré un essor remarquable en recherche, qui s'affiche avec une forte croissance annuelle des publications, les difficultés liées à la reproductibilité des méthodes de synthèse et à la production de produits fiables ont été les freins principaux à leur industrialisation. C'est le cas des matériaux à base de blocs monolithiques de xérogel, longtemps délaissés au profit d'applications à base de films minces et de poudres, qui retrouvent aujourd'hui un nouvel élan sous forme de capteurs nanoporeux et colorimétriques pour la détection des polluants de l'air. Les exemples de capteurs de formaldéhyde et de trichloramine à base de xérogels sont ici donnés. Ils illustrent la réussite de deux transferts industriels d'un laboratoire du CEA et du CNRS vers la start-up ETHERA.
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The history of inorganic and hybrid organic-inorganic materials produced via the sol-gel process is marked by transient or lasting success. Despite the remarkable progress in research evidenced by the continuous growth of the literature in this domain, the difficulties met in obtaining reliable methods of synthesis and reproducible products have been the main obstacles to their industrialization. This was the case of materials based on monolithic blocks of xerogel, which were long neglected in favor of thin films and powders. They are now finding new life in the form of nanoporous and colorimetric sensors for the detection of air pollutants. Examples of xerogel-based sensors of formaldehyde and nitrogen trichloride are given here to illustrate the successful technology transfer from a CEA-CNRS laboratory to the start-up ETHERA.
Auteur(s)
-
Thu-Hoa TRAN-THI : Directrice de recherche CNRS - Laboratoire des Édifices Nanométriques, UMR 3685 NIMBE, CEA-Saclay, IRAMIS, Gif-sur-Yvette, France
INTRODUCTION
Les matériaux « sol-gel » sont présents dans de nombreuses applications, essentiellement sous forme de poudre ou de films minces de revêtement. On trouve ainsi des poudres pour les catalyseurs chimiques , dans les formulations cosmétiques ou de médicaments , comme matériaux abrasifs ou encore comme isolants thermiques pour le bâtiment . Les applications sous forme de films minces sont très nombreuses notamment dans le domaine optique pour les revêtements ophtalmiques, les revêtements pour le vitrage, la synthèse de fibres optiques, ou encore dans le domaine des capteurs fluorescents . On trouve également des revêtements de protection contre la corrosion de pièces métalliques, des revêtements diélectriques et d'électrodes en électrochimie . Dans les domaines émergents, on peut trouver les textiles techniques, la production de tissus osseux artificiels et la dentisterie ou encore la biocatalyse enzymatique .
Parmi les matériaux hybrides sol-gel, on trouve cependant très peu d'études et d'applications des xérogels monolithiques, car contrairement aux poudres et films minces , la production de blocs monolithiques transparents, de qualité optique et exempts de craquelures, est loin d'être aisée. Cette difficulté a fort longtemps rebuté les industriels, qui ont préféré utiliser des verres poreux dopés de molécules-sonde par imprégnation en voie liquide, avec le désavantage d'un relargage de ces molécules lorsqu'elles ne sont pas chimiquement attachées au réseau poreux. Avec les xérogels monolithiques, la possibilité de séquestrer des molécules-sonde dans le réseau poreux sans avoir recours à des modes compliqués de synthèse représente un avantage indéniable. Deux exemples rares d'application des xérogels dans le domaine des capteurs chimiques colorimétriques sont ici donnés. Ils concernent les capteurs pour la détection de deux polluants toxiques, le formaldéhyde et la trichloramine, qui ont fait l'objet d'un transfert technologique et qui sont actuellement fabriqués par Ethera, une start-up pionnière dans la production de capteurs à base de xérogels monolithiques.
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MOTS-CLÉS
Matériaux hybrides xérogel trichloramine formaldéhyde capteurs colorimétriques pollution de l'air
KEYWORDS
Hybrid materials | xerogel | nitrogen trichloride | formaldehyde | colorimetric sensor | air pollution
DOI (Digital Object Identifier)
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Métrologie des polluants de l’air intérieur
En anglais
2. Polluants de l’air intérieur
Depuis la fin des années 1970, la pollution de l’air par les automobiles était déjà bien reconnue, mais il existait très peu d’associations locales de surveillance de la qualité de l’air. Il a fallu une vingtaine d’années pour que la loi LAURE sur l'air et l'utilisation rationnelle de l'énergie du 30 décembre 1996 permette d’élargir les champs géographiques et techniques des associations agréées de la surveillance de la qualité de l'air (AASQA). Depuis 2000, ces associations sont regroupées dans le réseau national ATMO. La loi LAURE impose également l'instauration de systèmes de modélisation et de prévision de la pollution et renforce le droit à l'information du public, en élargissant les obligations de l'État, notamment sur le plan régional de la qualité de l'air, le plan de protection de l'atmosphère, et le plan de déplacements urbains rendu obligatoire dans les agglomérations de plus de 100 000 habitants. La directive européenne 2008/50/CE a instauré des obligations de mesure et de seuils à ne pas dépasser pour certains polluants, et ce à l’échelle européenne. En 2009, le ministère de l’Écologie a aussi lancé le plan particules dans le cadre du Grenelle de l’environnement.
Dans les grandes agglomérations, les associations locales mesurent en continu la pollution d'origine automobile : particules fines PM10 et PM2,5, CO, NOx, O3, SO2. Depuis 1992, les teneurs « moyennes » en hydrocarbures aromatiques monocycliques (BTEX : benzène, toluène, éthylbenzène, xylènes) sont également quantifiées sur quelques sites ciblés, à l’aide de tubes passifs. Si la qualité de l’air extérieur a fait l’objet d’une législation dès 1996, celle de l’air intérieur a pendant longtemps été écartée des préoccupations sanitaires majeures. Elle est devenue un enjeu sociétal très important au cours de ces quinze dernières années avec le constat d’une croissance des allergies et des affections respiratoires, essentiellement chez les enfants. En France, ce constat a incité les pouvoirs publics à mettre en place des études visant à approfondir les connaissances liées à la composition chimique de l’air intérieur et à l’exposition individuelle dans certains habitats spécifiques.
Avec l’instauration en 2001 par les pouvoirs publics de l’Observatoire de la qualité...
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Polluants de l’air intérieur
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - PEREGO (C.), MILLINI (R.) - Porous materials in catalysis : challenges for mesoporous materials - Chem. Soc. Rev., 42, 3956-3976 (2013).
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(2) - PARLETT (C.M.A.), WILSON (K.), LEE (A.F.) - Hierarchical porous materials : catalytic applications - Chem. Soc. Rev., 42, 3876-3893 (2013).
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(3) - VALLET-REGI (M.) - Mesoporous Silica Nanoparticles : Their Projection in Nanomedicine - International Scholarly Research Network, ISRN Materials Science, Volume 2012, Article ID 608548, 20 pages, doi:10.5402/2012/608548.
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(4) - RIFFAT (S.B.), QIU (G.) - A review of state-of-the-art aerogel applications in buildings - International Journal of Low-Carbon Technologies, 1-6 (2012).
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(5) - TRAN-THI (T.-H.), DAGNELIE (R.), CRUNAIRE (S.), NICOLE (L.) - Optical chemical sensors based on hybrid organic-inorganic sol-gel nanoreactors - Chem. Soc. Rev., 40, 621-639 (2011).
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...
NORMES
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Air intérieur – Partie 3 : dosage du formaldéhyde et d’autres composés carbonylés – Méthode par échantillonnage actif (indice de classement : X43-404-3). - NF ISO 16000-3 - 2002
-
Air intérieur – Partie 4 : dosage du formaldéhyde – Méthode par échantillonnage diffusif (indice de classement : X43-404-4). - NF ISO 16000-4 - 2006
1 Données statistiques et économiques
Les appareils commercialisés pour la quantification des aldéhydes ou sélectifs au formaldéhyde sont présentés tableau .
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