Les photocatalyseurs sont des constituants capables de détruire les substances organiques qui sont à leur contact sous la seule action des rayons UV comme ceux produits par le soleil par exemple. On peut donc les introduire dans différents substrats qui pourront s’ « auto-nettoyer » : les applications industrielles peinent à se développer. En revanche, les introduire dans un textile de protection (textile fonctionnalisé) pouvant alors neutraliser les produits toxiques sans intervention extérieure est un véritable challenge sur lequel Ouvry SAS a beaucoup travaillé.
Nous décrirons rapidement les mécanismes de la photocatalyse qui permettent à des textiles de détruire la matière organique qui se trouve à son contact. La société Ouvry s’est beaucoup investie dans ces recherches par l’intermédiaire de 2 programmes de recherche : SELDEC et SAFECOAT.
Qu’est ce que la photocatalyse ?
Dans photocatalyse il y a « photo » signifiant lumière et « catalyse » qui favorise une réaction enzymatique.
Le photocatalyseur capte un photon de la lumière ce qui engendre la transfert d’une électron à l’intérieur du semi-conducteur. Simultanément, l’oxygène O2 est réduit sous la forme d’un ion superoxyde O2°- et l’eau H2O est décomposée en H+ et OH-. Les 2 entités O2°- et OH- vont oxyder le polluant organique et donc le détruire.
Le dioxyde de titane ou TiO2
Il existe un grand nombre de photocatalyseurs ( TiO2, ZnO, CeO2, ZrO2, SnO2, CdS, ZnS…) mais celui qui présente le meilleur rapport performances/cout est le TiO2. Sous sa forme cristallographique anatase, il est activé par des longueurs d’onde inférieures à 390 nm. Ces longueurs d’onde ne représentent que 4 % de l’énergie solaire mais on peut déplacer le spectre d’absorption vers des longueurs d’ondes plus favorables en ajoutant d’autres composés : c’est ce qu’on appelle le « dopage ».
Les produits dégradés
Ce sont les substances organiques qui sont dégradées par les photocatalyseurs. Les principales applications vont viser les dioxines et les produits organiques persistants, comme les pesticides, les composés organiques volatiles comme le formaldéhyde, les produits soufrés responsables d’odeurs et aussi les micro-organismes comme les bactéries, les champignons et les virus. Ils ont donc aussi une activité antimicrobienne.
Les photocatalyseurs peuvent aussi détruire les gaz acides les NO, NOX, le SO2 et l’ozone (O3).
Les applications industrielles
Les vitres autonettoyantes
Le dioxyde de titane peut être mélangé à d’autres composants ou fixé sur différents supports comme le verre, les céramiques, l’acier ou des polymères. Une des applications les plus spectaculaires est sans nul doute la mise au point de vitrages autonettoyants. Une fine couche de TiO2 associée à des composés hydrophiles recouvre la vitre. En présence de soleil, les matières organiques qui se déposent sur la vitre sont décomposés par photocatalyse. La surface est hydrophile ce qui empêche la formation de gouttes à la surface du verre, l’eau forme alors un film qui s’écoule facilement. C’est justement l’eau qui ruisselle qui emporte avec elle les déchets provenant de la destruction des matières organiques. En cas de manque de pluie il faut donc arroser les vitres régulièrement. Ceci est d’autant plus utile qu’il permet d’éliminer les déchets minéraux non détruits par le TiO2 et qui peuvent empêcher leur action par accumulation. On trouve ce type de vitrage dans les grandes tours ou l’accessibilité est difficile.
Revêtements de chaussée, bâtiment
Le TiO2 introduit dans le revêtement des chaussées et testé in situ semble avoir un intérêt lors des pics de pollution montrant parfois jusqu’à 40 % de réduction des NOx. Les résultats sont parfois difficiles à interpréter. Dans tous les cas, l’activité dépend étroitement de l’ensoleillement et de l’état d’encrassement du revêtement.
Il existe des ciments auto-nettoyants.
Produits anti-odeur
Une application consiste à en introduite dans des chaussures de ski, lesquelles illuminées par des UV vont perdre leurs odeurs.
Traitements de l’eau et de l’air
Il existe des systèmes de potabilisation de l’eau et de purification de l’air intérieur basés sur la photocatalyse.
Produits antimicrobiens
Des applications dans le domaine médical sont à l’étude.
Les tenues NRBC auto-décontaminantes d’Ouvry
Le projet SELDEC 2009-2011
C’est un projet R&D qui s’est développé dans le cadre du programme CSOSG (Concepts, Systèmes et Outils pour la Sécurité Globale), 2009 de l’ANR (Agence Nationale de la Recherche).
SELDEC : Matériaux de protection multispectre auto-décontaminants sous illumination naturelle visible/solaire ou artificielle UV-A.
Les partenaires étaient OUVRY SAS (partenaire coordinateur), le LPMT (Laboratoire de Physique et Mécanique des textiles de Mulhouse), le LMSPC Laboratoire de matériaux, surfaces et procédés pour la catalyse (Strasbourg) et le SDIS 91.
Le but était de proposer des nouveaux matériaux pour les tenues de protection pour les intervenants dans les scénarios d’exposition aux agents chimiques et biologiques. La tenue filtrante d’Ouvry combinée à un revêtement photocatalytique à base de TiO2 est destinée a améliorer la protection des primo-intervenants en créant un système filtrant auto-régénérable.
Le groupe a mis au point une technique de fonctionnalisation du textile par la méthode du couche par couche ou LBL (Layer-by-layer). Elle consiste à appliquer sur le support chargé négativement une couche d’un polyélectrolyte chargé positivement puis des nanoparticules de TiO2 négatives, puis à nouveau le polyélectrolyte et le TiO2 : on peut ainsi déposer plusieurs couches dont la cohésion électrostatique permet une grande résistance mécanique et même des lavages en machine. La technique bien connue de l’industrie textile par immersion/foulardage a aussi été testée avec succès. Vous trouverez les principaux résultats obtenus en suivant le lien suivant [1]
Le projet Safecoat 2012-2015
Cette étude de faisabilité a été suivie d’un autre projet ANR CSOSG appelé « Safecoat » dont l’intitulé exact était : Photocatalyseurs et textiles fonctionnalisés auto-décontaminants sous lumière solaire pour la protection individuelle envers les agents toxiques.
Les partenaire étaient la société Ouvry, le LPSPC et l’Institut Charles Sadron (ICS) de Strasbourg.
Les agents toxiques ciblés étaient les agents chimiques de guerre réels et les spores de Bacillus simulant la maladie du charbon, agent biologique de la menace. Les tenues de protection des primo-intervenants faisaient partie des applications prioritaires.
Les résultats scientifiques ont montré que les photocatalyseurs dopés fonctionnaient en lumière solaire. De plus, la faisabilité industrielle de la fonctionnalisation des textiles filtrants a été démontrée. Ces résultats ouvrent un large champ d’applications pour la société Ouvry et montrent que la R&D est une des composantes importantes de nos activités.