Photocatalyse
La photocatalyse est le phénomène naturel dans lequel une substance, appelée photocatalyseur, accélère la vitesse d'une réaction chimique sous l'action de la lumière (naturelle ou artificielle).
Lors de cette réaction, le catalyseur n'est ni consommé ni altéré. Cette réaction présente beaucoup de similitude avec la synthèse chlorophyllienne.
En utilisant l'énergie lumineuse, l'eau et l'oxygène de l'air, les photocatalyseurs engendrent la formation de molécules très réactives (appelées radicaux libres), capables de décomposer certaines substances, organiques et inorganiques, présentes dans l'atmosphère et parfois nocives, en composés totalement inoffensifs par oxydo-réduction.
Sommaire
Caractéristiques techniques
Le catalyseur le plus utilisé est le dioxyde de titane TiO2) car thermodynamiquement stable, non toxique et économique.
En exposant ce catalyseur et semi-conducteur à la lumière comportant un composant UV, une activation a lieu. Cette énergie peut à son tour enclencher d'autres processus, tels que des réactions redox et des transformations moléculaires, avec des matières présentes dans l'atmosphère environnante.
La réaction photocatalytique a lieu à la surface du matériau et se déroule en plusieurs phases. Par l'action de la lumière du soleil sur le semi-conducteur (TiO2) se forment des paires électron-trou. Ces électrons-trous peuvent ou bien se recombiner, ou bien rester séparés par l'adsorption d'autres matières à la surface (polluants). Des réactions d'oxydation et de réduction peuvent ensuite se produire entre les électrons capturés et les polluants adsorbés. La photocatalyse hétérogène utilisant du TiO2 comme photocatalyseur minéralise un très large éventail de composés organiques (alcanes, alcènes, alcools, pesticides, etc.). Il est également possible de réduire ou d'oxyder plusieurs autres produits (NOx, bactéries, virus, pollens, acariens, etc.). La vitesse à laquelle ces réactions ont lieu dépend de l'intensité de la lumière, de la quantité de TiO2 en surface et de la durée du contact entre le TiO2 et les matières présentes dans l'air.
Exemples d'applications
Le béton dépolluant. La société Calcia a mis au point une gamme de béton à base d'oxydes de titane. Son application en milieu urbain viserait à réduire les concentrations en NOx, entre 20% et 80% à l'intérieur des rues. C'est en 1999 que la construction de l'Eglise Dives in Misericordia de Rome (L'Eglise du Jubilée) par l'architecte Richard Meier a donné lieu à la première mise en œuvre d'un béton autonettoyant par l'utilisation d'un ciment à effet photocatalytique. D'autres chantiers, notamment en France, allaient suivre.
Un purificateur d'air photocatalytique
Fichier:Oepure kiyotech.jpg Passif: la coque micro poreuse de l'œuf emmagasine les polluants qui sont détruits par la lumière naturelle
Avantages/Inconvénients
Avantages
Des propriétés anti-polluantes
L'oxygène actif provenant de la réaction photocatalytique est capable de décomposer et détruire :
- La pollution ainsi que les composés organiques volatils (COV)
- Les gaz NOx (échappement des véhicules et usines)
- Les odeurs humaines, animales et chimiques
- Les bactéries, virus, microbes
- Les moisissures, algues, champignons
- Les allergènes tels que pollens, acariens, etc.
Des propriétés autonettoyantes
Les produits formés par les réactions d'oxydo-réduction peuvent être évacués par les eaux de pluie et/ou passer dans l'atmosphère. Les surfaces à base de dioxyde de titane sont ainsi efficacement nettoyées.
Une efficacité de longue durée
Le TiO2 même ne participe pas à la réaction et ne se décompose donc pas. Tant qu'il est en contact avec la lumière et les polluants, il reste stable et efficace.
Inconvénients
Le procédé a besoin de lumière pour se réaliser. NB :de nouveaux produits fonctionnent en dehors du spectre visible.
Exploitation maintenance
Une fois le dioxyde de titane exposé à la lumière, la photocatalyse se produit uniquement à l'aide des éléments présents dans l'air et aux rayons ultraviolets. Ainsi un enduit ou un béton fabriqué à base de dioxyde de titane n'a pas besoin de maintenance particulière.
Coût
Le dioxyde de titane représente 70 % du volume total de la production mondiale de pigments. Il est largement utilisé comme agent blanchissant et opacifiant dans les produits tels que la peinture, le plastique, le papier, l'encre, les aliments et les dentifrices. Il entre également dans la composition de produits cosmétiques et de produits de soins de la peau, ainsi que de la plupart des écrans solaires, où il contribue à protéger la peau contre les rayons ultraviolets. Il est donc produit en grande quantité et c'est pourquoi le surcoût induit par un procédé à base d'oxydes de titane dans un matériau comme le ciment ou la peinture est raisonnable et peut dans certains cas être rapidement rentabilisé. Par exemple un béton photocatalytique allongerait significativement le délai entre les opérations de ravalements, de maintenance et de nettoyage des bâtiments.
Réglementation
Récemment, le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) a déterminé que le dioxyde de titane est un cancérogène du groupe 2B (" susceptible d'être cancérogène pour l'humain "). Cependant, les effets cancérigènes du dioxyde de titane ne se manifestent qu'à partir d'une certaine concentration de particules dans l'air. C'est pourquoi, dans le cas de matériaux solides, il suffit que des tests scientifiques démontrent que le dioxyde de titane est inextricablement lié et que, dans des conditions normales d'usage ou lors de situations d'urgences prévisibles, il ne peut pas être libéré dans l'air et constituer un risque d'exposition à du dioxyde de titane inhalable.
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