Incidence de la chimie hétérogène des oxydes d'azote sur la qualité des atmosphères intérieures : impacts des nanoparticules de TiO2 dans les peintures

The impact of photocatalytic paints on indoor NOx and HONO levels

• Auteur / Autrice : Adrien Gandolfo
• Direction : Sasho Gligorovski, Henri Wortham
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie de l'Environnement
• Date : Soutenance le 16/10/2018
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'Environnement (Aix-en-Provence ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire chimie et environnement (LCE) (Marseille) - Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (France)
• Jury : Président / Présidente : Armand Masion
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamad Sleiman, Laurence Galsomiès, Gregory Brochard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Thévenet, Karine Kata Sartelet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dioxyde d'azote

Photocatalyse

Nanoparticules

Air ambiant intérieur

Mots clés libres

Qualité de l'air intérieur

Réactivité hétérogène

Nanoparticules

Photocatalyse

Dioxyde d'azote

Acide nitreux

Indoor air quality

Heterogeneous reactivity

Nanoparticles

Photocatalysis

Nitrogen dioxide

Nitrous acid

Résumé

Pour répondre aux aspects essentiels du développement durable, les nouvelles constructions doivent réduire leur consommation énergétique. Cela se traduit par une meilleure isolation des bâtiments mais aussi par une maitrise et un control du renouvellement de l'air par ventilation mécanique contrôlée. De telles actions participent à l’augmentation des concentrations de polluants en intérieur pouvant avoir des conséquences sanitaires importantes. La technique de dépollution passive de l’air reposant sur des processus photocatalytiques est une solution intéressante pour répondre à cette problématique. L’objectif de cette étude est d’optimiser une peinture pour application intérieure contenant des nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) afin de réduire les concentrations de polluants gazeux comme de dioxyde d’azote (NO2) tout en limitant la formation de contaminants tel que l’acide nitreux (HONO). Dans cette optique, durant cette thèse, différents jeux de peintures (photocatalytiques et de référence) ont été étudiés dans des conditions simulées de laboratoire et dans un environnement réel. Les expériences en laboratoire ont montré une efficacité d’élimination du NO2 jusqu’à 4 fois plus importante sur une peinture photocatalytique que sur une peinture standard. Cette étude met également en évidence la formation hétérogène d’acide nitreux pendant la réaction photocatalysée du NO2. Les rendements de formation de HONO sont compris entre 4 et 20 % du NO2 consommé. Lors d’une étude à échelle 1, dans une pièce modèle, des concentrations significatives de HONO ont été mesurées. Ces observations mettent à jour des mécanismes encore non élucidés de formation de cette espèce en air

In order to improve building energy consumption, new constructions reduce air exchange rate by including better insulation and adding controlled ventilation. However, this energetic advantage participates in increasing the concentration of indoor pollutants and can be the cause of adverse effects on the occupants’ health. A possible solution to this issue is to use the photocatalysis principle/theory as an innovating technique for air remediation. The aim of this study is to optimize photocatalytic materials containing titanium dioxide (TiO2) in order to reduce the concentrations of indoor air pollutants such as nitrogen dioxide (NO2) without the generation of emerging contaminants such as nitrous acid HONO. Over the course of this Ph.D., effects of different photocatalytic paints, tested under simulated and real conditions were studied. Laboratory experiments showed an effective elimination of nitrogen dioxide (NO2) up to 4 times higher with a photocatalytic paint than with a standard paint, the most important parameters influencing NO2 elimination being nanoTiO2 quantity built-in the paint, light intensity, and temperature. This study also highlights the heterogeneous formation of nitrous acid (HONO) during the photocatalysis of NO2, reactivity yields range from 4 % to 20 % of used NO2. During a scale one study in a model room, a significant concentration of HONO was measured. Those observations reveal yet not fully elucidated mechanisms for the indoor formation of this compound