La photocatalyse
Aujourd’hui, il existe un large consensus parmi les secteurs concernés sur la forte croissance que connaîtra l’industrie photocatalytique dans les prochaines années. En effet, la photocatalyse, basée sur l’utilisation de matériaux semi-conducteurs, présente de nombreuses applications dans des domaines tels que l’amélioration de la qualité de l’air et de l’eau, la réduction des coûts de conservation et d’entretien des bâtiments grâce à ses propriétés autonettoyantes, la santé et le bien-être général grâce à son effet biocide et organoleptique, ainsi que l’énergie. Cependant, cette technologie prometteuse reste encore peu connue, tant par les gestionnaires d’infrastructures publics et privés que par le grand public. Dans le domaine de la pollution environnementale, un cadre législatif plus fort et plus contraignant, éliminant du marché les produits frauduleux, ainsi qu’une meilleure connaissance de cette technologie par les prescripteurs techniques, auraient un impact positif sur l’application de la photocatalyse. [1]
“AirClean® réduit rapidement et efficacement le NO₂ (dioxyde d’azote) nocif, contribuant ainsi au respect des limites établies.
La base de l’efficacité des pavés et façades AirClean® est la photocatalyse : ils dépolluent l’air, détruisent les salissures et empêchent la croissance des micro-organismes.”
Gemma Pagès. Architecte technique. Breinco
Béton photocatalytique
La purification de l’air par photocatalyse se compose de différentes étapes : sous l’influence de la lumière UV, le TiO₂ photoactif présent à la surface du matériau s’active. Ensuite, les polluants sont oxydés grâce à la présence du photocatalyseur et se déposent à la surface du matériau. Enfin, ils peuvent être éliminés par la pluie ou par un lavage à l’eau.
La photocatalyse avec dioxyde de titane comme catalyseur est un domaine en plein développement en ingénierie environnementale, car il possède un fort potentiel pour lutter contre la pollution croissante. En plus de ses propriétés autonettoyantes, il est connu depuis près de 100 ans que le dioxyde de titane agit comme un photocatalyseur capable de décomposer les polluants sous rayonnement UV. (4)
L’essor de l’utilisation des matériaux photocatalytiques à base de TiO₂ a eu lieu en 1972 lorsque Fujishima et Honda (5) ont découvert l’hydrolyse de l’eau en présence de lumière au moyen d’une anode de TiO₂ dans une cellule photochimique. Dans les années 1980, la pollution organique de l’eau a également été décomposée par ajout de TiO₂ sous lumière UV. (6)
L’application du TiO₂ sous forme cristalline anatase photoactive pour la purification de l’air a débuté au Japon en 1996. (7) Depuis, un large éventail de produits est apparu sur le marché, tant pour les applications intérieures qu’extérieures.
Concernant les émissions du trafic, il est important que les gaz d’échappement restent en contact avec la surface active pendant un certain temps. La configuration de la rue, la vitesse du trafic, ainsi que la vitesse et la direction du vent influencent tous le taux final de réduction des polluants in situ.
Applications
Les photocatalyseurs, dont le TiO₂ est l’exemple principal, sont des substances qui favorisent des réactions par absorption de la lumière sans être modifiées avant ou après la réaction. Lorsqu’il est exposé à une source lumineuse, comme la lumière du soleil ou la lumière fluorescente, le dioxyde de titane présente des propriétés d’oxydation et de superhydrophilie, utilisables pour la désodorisation, l’action antibactérienne, la prévention de la pollution (élimination des NOx et des COV), l’anti-buée, l’élimination des salissures et la stérilisation.
La photocatalyse dans un pavé en béton
Dans un pavé en béton, l’anatase est incorporée dans la couche d’usure des pavés, d’environ 4 à 10 mm d’épaisseur. Le fait que le TiO₂ soit présent dans toute l’épaisseur de cette couche signifie que même en cas d’usure de surface, par exemple due au trafic ou aux intempéries, du nouveau TiO₂ reste disponible en surface pour maintenir l’activité photocatalytique (contrairement à une couche de peinture ou de revêtement).
L’utilisation du TiO₂ combiné au ciment conduit à la transformation des NOx en NO₃⁻, qui est absorbé à la surface en raison de l’alcalinité du béton. Il se crée ainsi un effet synergique avec la matrice cimentaire, qui aide à piéger efficacement les gaz réactifs (NO et NO₂) ainsi que le nitrate formé. Ensuite, le nitrate déposé peut être éliminé par la pluie ou un lavage à l’eau.
Ces nitrates ne représentent pas un risque significatif pour les eaux souterraines, car les concentrations résiduelles sont très faibles, en dessous des valeurs limites actuelles pour les eaux de surface et souterraines.
Selon le Rapport sur la qualité de l’air 2015 d’Ecologistas en Acción :
- En 2015, une augmentation notable de la pollution au NO₂ et à l’O₃ a été observée à Madrid, influencée par les conditions météorologiques.
- La valeur limite annuelle de NO₂ pour la protection de la santé humaine est fixée à 40 µg/m³. En 2015, 13 des 24 stations l’ont dépassée.
- La valeur limite horaire (200 µg/m³) a été dépassée plus de 18 fois dans 8 stations.
- Madrid viole ces limites depuis six ans consécutifs (2010-2015), avec un dossier d’infraction européen en cours.
Mesures drastiques pour réduire la pollution
La forte concentration de NOx est très nocive pour la santé humaine, ce qui pousse les villes à adopter des mesures de plus en plus strictes.
Grâce aux entreprises regroupées dans l’Association Ibérique de la Photocatalyse (AIF) et au CSIC, cette technologie a connu des avancées significatives ces dernières années.
De plus en plus d’administrations s’intéressent à un urbanisme durable et propre. Les villes de Madrid et Barcelone sont parmi les plus actives en Espagne dans l’étude et l’application de matériaux photocatalytiques.
À Barcelone, l’Administration municipale a publié en 2013 les “Instructions techniques pour l’application de critères de durabilité”, incluant l’usage de matériaux photocatalytiques pour réduire les NOx.
La première application réelle à Barcelone a eu lieu en 2010 avec la place Can Rosés. D’autres interventions ont suivi sur l’Avinguda Diagonal, à Sants, sur le mur de Fabra i Puig et dans le bâtiment Leitat du 22@.
La rénovation du port de plaisance de l’Estartit en Gérone constitue également une application majeure, avec 2000 m² de surface urbaine dépolluante.
Normes. Essais en laboratoire et conditions réelles
Pour l’élimination des NOx, la norme JIS R 1701-1:2010 est la base de la norme internationale ISO 22197-1:2007, largement utilisée aujourd’hui.
La norme espagnole UNE 127197-1:2013 a été développée avec la participation de PAVINOx et ANDECE.
Des projets de recherche européens, comme LIFE PHOTOSCALING, visent à valider ces technologies à grande échelle.
