Nanostructures de ZnO pour le développement de routes dépolluantes photocatalytiques PDF Download

Author: Marie Le Pivert
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Book Description
Selon l'OMS, la pollution de l'air serait responsable de 7 millions de morts par an dans le monde. Elle est également responsable de l'effet de serre mais aussi de la pollution de l'eau, des sols et de la végétation via les eaux de ruissellement et les dépôts atmosphériques. Il est donc primordial de limiter l'émission de cette pollution, mais aussi de la traiter directement au niveau de ses sources d'émission. Une source importante d'émission de polluants, tels que les composés organiques volatiles (COVs) ou les oxydes d'azote (NOx), est le transport, notamment le trafic routier. C'est pourquoi développer et concevoir des matériaux de génie civil pour la dépollution de l'environnement est devenu un enjeu majeur. Le processus oxydatif appelé photocatalyse, qui utilise uniquement un photocatalyseur et une source lumineuse pour la dégradation et la minéralisation des contaminants organiques, a déjà largement prouvé son efficacité pour l'assainissement de l'environnement. Ainsi, depuis quelques années, les pavés photocatalytiques se sont rapidement développés pour répondre aux problèmes de pollution de l'air et de l'eau. À notre connaissance, ces infrastructures photocatalytiques utilisent principalement les photocatalyseurs sous forme de nanoparticules libres en les mélangeant au béton, au ciment et à la peinture. Cependant, cela entraîne un gaspillage d'une grande partie des photocatalyseurs en raison de leur localisation dans le volume. Afin de répondre aux problèmes de pollution générés par le trafic routier tout en limitant l'utilisation de matière première non utile à la photocatalyse, nous avons développé une nouvelle méthode innovante basée sur la synthèse hydrothermale, à basse température et à faible coût, capable de faire croître des nanofils d'oxyde de zinc (ZnO) directement sur la surface plus ou moins chaotique des matériaux de construction tels que les carrelages, le béton, et les granulats. Les caractérisations microstructurales (MEB, DRX) et les mesures spectroscopiques UV-visible ont montré des nanostructures de ZnO ayant une morphologie homogène, une bonne cristallinité et des valeurs de gap de 3,22 eV ± 0,02 eV. Leur efficacité photocatalytique a été démontrée par des études de dépollution de l'eau et de l'air (élimination des colorants organiques dans l'eau et de l'acétone dans l'air). Une excellente efficacité pour la dépollution de l'environnement par photocatalyse a même été enregistrée après de nombreux cycles de fonctionnement et sous la lumière naturelle du soleil. Grâce à des travaux d'optimisation et de mise à l'échelle du procédé, des infrastructures routières innovantes ont été produites à « moyenne échelle » : 2 m2 de route bitumée contenant une monocouche d'agrégats fonctionnalisés avec des nanostructures de ZnO et 1,89 m2 de mur composé des carrelages recouverts de nanostructures de ZnO. Ces infrastructures routières photocatalytiques ont ensuite pu démontrer leur bonne efficacité en purifiant, sous lumière solaire artificielle et à grande échelle, l'air d'une chambre climatique hermétique préalablement polluée par les gaz d'échappement d'une voiture (Sense-City, UGE, Marne-la-Vallée, 400 m2, 3200 m3). En parallèle, des études sur le dopage du ZnO ont également été menées afin d'améliorer l'efficacité photocatalytique de nos matériaux sous lumière solaire naturelle.