Thèse soutenue

Etude des effets de paramètres influençant l’efficacité d’un épurateur photocatalytique d’air : modélisation et optimisation de l’éclairement sur des matériaux photocatalytiques plans, plissés et en nid d’abeilles

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Auteur / Autrice : Jérôme Taranto
Direction : Pierre Pichat
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Matériaux
Date : Soutenance en 2005
Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon

Mots clés

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Résumé

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L’objectif de cette thèse est de comprendre et d’optimiser les effets de différents paramètres qui interviennent dans un réacteur photocatalytique pour le traitement d’air intérieur et de proposer au final des améliorations permettant des performances accrues. Parmi les nombreux facteurs mentionnés dans la bibliographie, ceux que nous avons retenus concernent la formulation du dépôt photocatalytique (type de photocatalyseur et quantité déposée, liant, température de calcination, etc. ), les caractéristiques de l’air pollué (type de polluant et concentration, débit de l’air, etc. ) et de l’irradiation UV (longueur d'onde, puissance UV émise, nombre de lampes, etc. ) et, enfin, le type de matériau (fibreux, en quartz ou en aluminium) constituant le support photocatalytique ainsi que sa géométrie (plan, plissé, entourant les lampes, en nid d'abeilles, etc. ). Les plages de variation de certains de ces paramètres seront déterminées en fonction de critères technologiques associés aux exigences industrielles. La démarche consiste à prendre en compte dès le départ tous les paramètres importants afin de réduire le nombre d’essais en utilisant des méthodes d’optimisation (chimiométrie). Des tests de caractérisation des matériaux et d’efficacité des systèmes seront effectués. Des essais sur boucle expérimentale avec un effluent en recirculation et en un seul passage permettront de quantifier les performances pour les différentes options retenues en cours d���étude. Le premier chapitre de cette thèse consiste à introduire la notion de pollution atmosphérique en identifiant les différents types de polluants gazeux selon leur classe, leur source et leur impact environnemental et sanitaire, à présenter différentes techniques employées pour le traitement d'air et, enfin, à énoncer le principe de la photocatalyse puis à identifier les différents fabricants de purificateurs d'air par photocatalyse. Dans la seconde partie, divers dioxydes de titane sont étudiés sous forme pulvérulente ou supportée sur différents matériaux. Des essais de dégradation photocatalytique sont réalisés en un seul passage ou en réacteur clos. Les paramètres influençant la formulation du dépôt de TiO2 sont identifiés à l'aide de plans d'expériences. Le troisième chapitre est relatif aux études menées sur un matériau fibreux plan recouvert de TiO2. Les facteurs étudiés sont l'éclairement et sa répartition à la surface du matériau photocatalytique, la géométrie donnée au matériau supportant le TiO2, la température et la vitesse de l'air dans le réacteur, les pertes de charge et le couplage du dioxyde de titane avec de la zéolithe ou du charbon actif. Une modélisation de l'éclairement UV sur le matériau photocatalytique permet de déterminer les configurations optimales pour obtenir un éclairement le plus élevé et réparti de la façon la plus homogène possible dans nos conditions d'essais. La même démarche méthodologique est employée dans le quatrième chapitre pour optimiser un réacteur photocatalytique dont le support pour le TiO2 est une structure d'aluminium en forme de nid d'abeilles. Le cinquième chapitre relate des résultats des tests photocatalytiques obtenus lorsque le dioxyde de titane est directement déposé sur les lampes UV. Enfin, la dernière partie présente les résultats d'essais préliminaires de couplage de la photocatalyse avec le plasma froid pour le traitement de COV.