De l’efficacité d’un revêtement photocatalytique

Rédaction
03/01/2019

L’université de Toulouse a réalisé une série de tests pour vérifier l’efficacité d’un revêtement photocatalytique à abattre le NO en conditions réelles dans une chambre expérimentale instrumentée.

Vue de l’extérieur de la ‟maison” expérimentale divisée en deux chambres.
[©Université de Toulouse]

I – La problématique de la Qualité de l’air intérieur
A l’heure où le secteur du bâtiment est visé par la transition énergétique, le nombre de bâtiments performants en énergie ne cesse d’augmenter, ainsi que les projets de rénovation. La prise en compte des seuls objectifs énergétiques peut conduire à la dégradation des autres paramètres de l’environnement bâti, tels que la Qualité de l’air intérieur (QAI). Ces deux aspects constituent aujourd’hui des préoccupations sociétales majeures, et sont nécessaires au confort et à la santé de la population accueillie. Pour mémoire, les établissements et collectivités doivent a minimamettre en place des dispositions particulières de prévention de la dégradation de la qualité de l’air intérieur depuis le 1erjanvier 2018 (Décret du 17 août 2015). Les enjeux en termes de performances énergétiques étant pour longtemps considérés comme prioritaires, de nombreux progrès ont été réalisés dans ce domaine, mais sans réels suivis des conséquences sanitaires éventuelles.
Les problèmes liés à la QAI des bâtiments sont reconnus comme un facteur de risque important pour la santé humaine. En France, depuis une quinzaine d’années maintenant, l’Observatoire de la qualité de l’air intérieur réalise une mission cruciale d’évaluation de la situation actuelle en termes de QAI, de contrôle et de prévention. Cet observatoire cherche à mieux connaître les substances, agents et situations dégradant la QAI des bâtiments, leurs origines et leurs effets sur la santé, afin d’évaluer, de gérer et de prévenir les situations à risque. 
En moyenne, nous passons de 80 % à 95 % de notre temps dans des espaces clos où nous sommes exposés à des contaminants gazeux (des composés organiques volatils ou COV pour l’essentiel) et biologiques de sources variées, qui affectent la santé (syndrome du bâtiment malsain ou SBM), le confort et la productivité. Les matériaux de construction, les produits de décoration et l’ameublement sont cités comme étant des sources majeures de pollution intérieure, du fait de leurs émissions importantes en COV et de leur surface élevée. Par exemple, les bois agglomérés dégazent des pesticides et du formaldéhyde. Et les revêtements de sols et de murs, tels que les peintures et les adhésifs, émettent des composés aromatiques (Btex : benzène, toluène, éthylbenzène, xylène). La présence d’humidité dans un bâtiment peut aussi détériorer la qualité de vie de l’occupant. En effet, elle peut être à l’origine d’une exposition accrue à différents types de micro-organismes (moisissures et bactéries), qui émettent des composés organiques volatils microbiens (mCOV) lors de leur prolifération. Par ailleurs, les sites urbains sont pollués par des oxydes d’azote (NO= NO + NO2) provenant du trafic routier, qui peuvent s’infiltrer dans les bâtiments. En intérieur, les NOxsont aussi présents dans les gaz de combustion dus, par exemple, à l’utilisation de chauffages au fuel, de cuisinières à gaz et à la fumée de tabac. 

Vue intérieure de la chambre expérimentale de 10 m3  [©Université de Toulouse]
Vue intérieure de la chambre expérimentale de 10 m3 [©Université de Toulouse]


Un des moyens les plus efficaces pour améliorer la QAI serait de limiter les sources de pollution et d’utiliser des matériaux peu émissifs. Cependant, des alternatives à certains matériaux de construction présents sur le marché ne sont pas toujours possibles. Et la présence d’humidité dans les bâtiments est souvent observée. Des solutions efficaces pour lutter contre la pollution de l’air intérieur doivent donc alors être proposées.

Vue intérieure de la chambre d’analyse. [©Université de Toulouse]
Vue intérieure de la chambre d’analyse. [©Université de Toulouse]

II – Comment tester l’efficacité des matériaux photocatalytiques en conditions réelles ?
Les matériaux présentant des propriétés de dépollution de l’air intérieur sont l’objet de nombreux travaux de recherche depuis une dizaine d’années. L’application sur les surfaces intérieures d’un revêtement photocatalytique à base de dioxyde de titane (TiO2) apparaît comme une solution prometteuse. Cependant, la plupart des études reportées dans la littérature se focalisent sur l’efficacité de ce type de revêtements à l’échelle du laboratoire, en conditions contrôlées. Le travail de recherche réalisé au LMDC (Insa/UPS) a permis de mettre au point une procédure expérimentale, permettant d’évaluer l’efficacité d’un revêtement photocatalytique à abattre le monoxyde d’azote (NO) en conditions réelles. Pour cela, une ‟maison”expérimentale instrumentée a été utilisée, afin de suivre l’évolution de la concentration en NO et d’évaluer la dégradation de ce gaz par photocatalyse en un temps relativement court. Cette maison est constituée d’une chambre d’analyse équipée d’une bouteille de gaz polluant (NO), d’un régulateur de débit et d’un analyseur de NOx, et d’une chambre expérimentale de 10 m3utilisée comme réacteur photocatalytique, avec plaques de Placoplatre sur les murs, ventilateur et systèmes d’éclairage. Les chambres sont reliées par deux tubes en inox, permettant, d’une part, d’injecter le polluant dans le réacteur photocatalytique, et d’autre part, de prélever un échantillon d’air dans le réacteur pour analyse . Différents paramètres peuvent être explorés, comme la nature du support, la concentration en TiO2des revêtements et le type d’éclairage.


III – Comment interpréter les résultats ?
Les essais ont été réalisés sur des plaques de Placoplatre peintes et traitées avec la lasure auto-nettoyante et dépolluante ProtectGuard Dtox, commercialisée par Guard Industrie et formulée par LRVision. La teneur solide en TiO2sur les plaques est de 2,9 +/- 0,1 g/m2. L’efficacité de ce revêtement de surface à dégrader le NO sous lumière UV et visible (lampes halogènes, fluorescentes, LED) a été évaluée dans la chambre expérimentale grâce au respect d’un protocole spécifique et rapide (voir Graphique A). Il a été proposé une méthode de quantification de cette efficacité grâce à un indicateur défini par la pente de la chute de pollution (en ppb/mn). Les évolutions de la concentration en NO obtenues dans le cadre de cette étude sont présentées en Graphique A.Le gaz polluant NO est injecté dans la chambre dans l’obscurité jusqu’à atteindre une concentration élevée et constante (environ 200 ppb). Après activation de la lumière, une diminution de la concentration en NO est observée pour toutes les conditions lumineuses testées. La pente de la chute de la concentration en NO est cependant dépendante du type d’illuminants. Les valeurs des abattements obtenus en ppb/min sont résumées dans le Tableau B. Les tubes fluorescents UV et lumière visible ont montré les meilleures performances d’abattement.

Graphique A - Evolutions de la concentration en NO dans la chambre expérimentale sous différentes conditions d’éclairage : lumière éteinte (OFF) et lumière visible (ON) avec lampes LED, halogènes et tubes fluorescents, et lumière UV  (tubes fluorescents).  Etapes du protocole A - Suivi initial (valeur de fond de la pollution en NO) B - Injection de NO à débit élevé jusqu’à atteindre la concentration de 200 ppb dans la chambre (1,5 l/mn ; 28 ± 2 mn) C - Injection de NO à débit faible pour maintenir une concentration constante (0,3 l/mn) : • [Lumière OFF] : concentration constante  • [Lumière ON] : activation de la photocatalyse
Graphique A – Evolutions de la concentration en NO dans la chambre expérimentale sous différentes conditions d’éclairage : lumière éteinte (OFF) et lumière visible (ON) avec lampes LED, halogènes et tubes fluorescents, et lumière UV (tubes fluorescents)
Etapes du protocole
A – Suivi initial (valeur de fond de la pollution en NO
B – Injection de NO à débit élevé jusqu’à atteindre la concentration de 200 ppb dans la chambre (1,5 l/mn ; 28 ± 2 mn
C – Injection de NO à débit faible pour maintenir une concentration constante (0,3 l/mn) :
• [Lumière OFF] : concentration constante
• [Lumière ON] : activation de la photocatalyse

IV – Que conclure ?
Le gaz NO est un bon traceur pour évaluer l’activité photocatalytique d’un revêtement, sa concentration pouvant être mesurée en temps réel grâce à un analyseur. L’efficacité d’un produit photocatalytique à dégrader le NO peut être évaluée grâce à la procédure expérimentale décrite ici. Les résultats ont montré que la dégradation est possible même sous lumière visible. Les études se poursuivent au LMDC avec l’objectif d’évaluer l’abattement du formaldéhyde. Cette chambre expérimentale s’avère être un outil pertinent au service du développement de produits aux propriétés dépolluantes. 

Alexandra Bertron1, Julie Hot1, Jivko Topalov1, Erick Ringot1 et 3et Barnabé Wayser2

1LMDC, université de Toulouse, Insa/UPS Génie civil (31)
2Guard Industrie, Montreuil-sous-Bois (93)
3LRVision, Castanet-Tolosan (31)